DE102016104052A1 - Method and system for a laser pressure transducer - Google Patents

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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum genauen Schätzen eines Einlass- oder Auslasskrümmerdrucks einer Kraftmaschine mittels eines Laser-Druckgebers bereitgestellt. Eine Laserschaltung ist mit einer druckempfindlichen Membran gekoppelt, die an dem Kraftmaschinenkrümmer montiert ist. Der Krümmerdruck wird basierend auf einer Auslenkung der Membran, wie sie auf Grundlage einer Zeitvorgabe zwischen einer Emission eines Laserimpulses in die Membran und einer Detektion eines reflektierten Impulses aus der Membran geschätzt wird, abgeleitet.Methods and systems are provided for accurately estimating intake or exhaust manifold pressure of an engine by means of a laser pressure transducer. A laser circuit is coupled to a pressure sensitive diaphragm mounted on the engine manifold. The manifold pressure is derived based on a deflection of the membrane as estimated based on a timing between emission of a laser pulse into the membrane and detection of a reflected pulse from the membrane.

Description

Gebietarea

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Verfahren und Systeme für einen Laser-Druckgeber, der mit einem Kraftmaschinenkrümmer gekoppelt ist, um Krümmerdrücke genau und kostengünstig zu messen.The present application relates to methods and systems for a laser pressure transducer coupled to an engine manifold for accurately and inexpensively measuring manifold pressures.

Hintergrund und ZusammenfassungBackground and abstract

Kraftmaschinensysteme können einen oder mehrere Druckgeber an verschiedenen Stellen zum Messen von Kraftmaschinenbetriebsparametern wie etwa Krümmerdruck (MAP), Abgasdruck, Ladedruck, Luftdruck etc. umfassen. Die gemessenen Parameter werden dann verwendet, um Kraftmaschineneinstellungen zu steuern. Zum Beispiel können basierend auf den gemessenen Parametern die Einstellungen der verschiedenen Kraftmaschinenaktoren eingestellt werden, wie beispielsweise der Betrieb einer Einlassdrossel, eines Abgaskatalysators, eines Turbolader, eines Partikelfilters etc. Darüber hinaus beeinflussen die Messungen Kraftmaschinensteuerungen für Abgasemissionen und den Kraftmaschinenkraftstoffverbrauch. Verschiedene Druckgeber-Entwürfe stehen zur Verfügung, einschließlich beispielsweise Messgeber vom Piezowiderstandstyp (PRT) und Messgeber vom Kondensatortyp. Jedoch können solche Messgeber aufgrund der unwirtlichen Umgebung, in der sie sich befinden, eine kurze Lebenszeit haben. Dies gilt insbesondere im Fall von Auslass-Druckgebern. Zum Beispiel können sich Messgeber vom Kondensator-Typ und PRT-Messgeber aufgrund dessen, dass ihre Schaltung korrosiven Flüssigkeiten ausgesetzt ist verschlechtern. Da die von den Messgebern bereitgestellte Messung die Kraftmaschinensteuerung deutlich beeinflusst, können solche Messgeber häufigen Austausch erfordern, um zuverlässige Messungen zu ermöglichen.Engine systems may include one or more pressure transducers at various locations for measuring engine operating parameters such as manifold pressure (MAP), exhaust pressure, boost pressure, air pressure, etc. The measured parameters are then used to control engine settings. For example, based on the measured parameters, the settings of the various engine actuators may be adjusted, such as the operation of an intake throttle, catalytic converter, turbocharger, particulate filter, etc. In addition, the measurements affect engine controls for exhaust emissions and engine fuel consumption. Various thruster designs are available, including, for example, piezoresistor type (PRT) encoders and capacitor type encoders. However, such transmitters may have a short lifetime due to the inhospitable environment in which they are located. This is especially true in the case of outlet pressure transmitters. For example, capacitor type encoders and PRT encoders may degrade due to their circuitry being exposed to corrosive liquids. Because the measurement provided by the encoders significantly affects engine control, such encoders may require frequent replacement to allow reliable measurements.

Ein Beispiel einer Auslass-Messgebers, der ein verbessertes Leistungsvermögen aufweist, wird von Goto et al. in US 8208143 bereitgestellt. Dabei nutzt ein Abgassensor eine Glasfaser zum Bestrahlen von Abgas mit Laserlicht, wobei das Licht durch den Abgasweg strahlt. Das Licht wird nach Durchgang durch das Abgas von einem Detektor gemessen. Basierend auf dem Licht, das von dem Detektor empfangen wird, werden verschiedene Abgasparameter wie etwa Konzentration, Temperatur usw. bestimmt. In noch anderen Beispielen können Dehnungsmessstreifen-Druckgeber, deren Widerstandswert sich mit Verformung des Sensors verändert, verwendet werden. An example of an output transducer having improved performance is described by Goto et al. in US 8208143 provided. In this case, an exhaust gas sensor uses a glass fiber for irradiating exhaust gas with laser light, whereby the light radiates through the exhaust gas path. The light is measured by a detector after passing through the exhaust gas. Based on the light received by the detector, various emission parameters such as concentration, temperature, etc. are determined. In yet other examples, strain gauge pressure transducers whose resistance value varies with sensor deformation may be used.

Dabei ist das Ausmaß der Verformung des Sensors mit dem Druck in der Nähe des Sensors korreliert.The degree of deformation of the sensor is correlated with the pressure in the vicinity of the sensor.

Allerdings haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung mögliche Probleme mit solchen Ansätzen erkannt. Als Beispiel können solche Messgeber immer noch für Korrosion durch Abgaskomponenten anfällig sein. Da das Sensorsubstrat beispielsweise über einen Querschnitt des Auslasskanals hinweg gekoppelt ist, kann es sich aufgrund des Kontakts mit Hochtemperaturabgas und korrosiven Abgaskomponenten leicht verschlechtern. Als Ergebnis muss der Sensor vielleicht selbst dann, wenn der Laser funktionsfähig ist, ausgetauscht werden. Ferner macht eine Anordnung des Detektors in der Abgasumgebung seine Sicht auf die Lichtquelle anfällig für eine Blockierung durch Ruß. Folglich kann es immer noch teure Garantieprobleme geben. Zusätzlich besteht vielleicht eine Möglichkeit eines erforderlichen Rückrufs einer Kraftmaschinenkomponente, der eine Kundenqualitätswahrnehmung des Fahrzeugherstellers verschlechtert. Als weiteres Beispiel können die Sensoren kostspielig sein. Beispielsweise Dehnungsmessgeberanordnungen dann, wenn sie in einer versiegelten Membran zusammengebaut werden, eine strenge Reinigung der Montagefläche und eine manuelle Anbringung des Dehnungsmessstreifens auf der Membran mit einem Brückenklebstoff erfordern. Dann muss der übrige Bereich möglicherweise mit einer Vergussmasse gefüllt werden. Die mehreren Schritten erhöhen die Kosten und die Komplexität, was den Sensor zu teuer machen kann.However, the inventors of the present invention have recognized potential problems with such approaches. As an example, such transducers may still be prone to corrosion by exhaust gas components. For example, because the sensor substrate is coupled across a cross section of the exhaust passage, it may easily deteriorate due to contact with high temperature exhaust gas and corrosive exhaust gas components. As a result, the sensor may need to be replaced even if the laser is functional. Further, placement of the detector in the exhaust environment makes its view of the light source susceptible to soot obstruction. Consequently, there can still be expensive warranty issues. In addition, there may be a possibility of requiring a callback of an engine component that degrades a customer quality perception of the vehicle manufacturer. As another example, the sensors can be expensive. For example, strain gauge assemblies, when assembled in a sealed membrane, require severe cleaning of the mounting surface and require manual attachment of the strain gauge to the diaphragm with a bridge adhesive. Then the rest of the area may need to be filled with potting compound. The multiple steps increase the cost and complexity, which can make the sensor too expensive.

In einem Beispiel können einige der oben genannten Probleme durch ein Verfahren für eine Kraftmaschine angegangen werden, das Folgendes umfasst: Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebs als Antwort auf Laserimpulse, die von einer Membran in einem Kraftmaschinenkrümmer abprallen. Auf diese Weise kann ein Drucksensor innerhalb einer Membran bereitgestellt werden, die durch Druckschwankungen in dem Kraftmaschinenkrümmer ausgelenkt wird.In one example, some of the above problems may be addressed by a method for an engine, comprising: adjusting engine operation in response to laser pulses bouncing off of a diaphragm in an engine manifold. In this way, a pressure sensor may be provided within a diaphragm which is deflected by pressure fluctuations in the engine manifold.

Als ein Beispiel kann ein Kraftmaschinenkrümmer dazu ausgelegt sein, ein Laser-Druckgebersystem zu umfassen. Das Laser-Druckgebersystem kann eine hohle Membran umfassen, die mit dem Kraftmaschinenkrümmer gekoppelt ist. Zum Beispiel kann die Membran zum Schätzen eines Einlasskrümmerdrucks in einen Kraftmaschineneinlasskrümmer geformt sein. Als ein weiteres Beispiel kann die Membran zum Schätzen eines Auslasskrümmerdrucks auf einen Auslasskrümmer montiert oder geprägt sein. Ein Diodenlaser und ein Laserdetektor können an einer Oberseite der Membran befestigt sein. Zum Beispiel können der Laser und der Detektor an einem Gehäuse montiert sein, das die Membran in dem Kraftmaschinenkrümmer hält. Der innere Hohlraum der Membran kann abgedichtet sein, was den Bedarf an häufiger und gründlicher Reinigung reduziert. Der Laser kann betrieben werden, um Laserimpulse mit einer vorgegebenen Frequenz in das Innere (in Richtung des Bodens) der Membran zu emittieren. Die Impulse können dann von dem Inneren reflektiert werden und zurück nach oben prallen, wo sie von dem Detektor detektiert werden können. Eine Verformung der Membran kann basierend auf einer verstrichenen Zeit zwischen einer Emission des Laserimpulses aus dem Laser und einer Detektion des reflektierten Impulses an dem Detektor bestimmt werden. Die verstrichene Dauer kann mit einer Schwellendauer verglichen werden, die unter Kalibrierungsbedingungen erlernt wird, wenn bekannt ist, dass die Membran keine Verformung aufweist (wie während eines Kraftmaschinen-Aus-Zustands). Wenn die verstrichene Laufzeit relativ zu der kalibrierten Schwelle abnimmt, kann die geschätzte Verformung der Membran zunehmen. Ferner kann die Verformungsschätzung basierend auf einer Temperatur der Membran, wie sie durch einen thermischen Sensor bestimmt wird, der neben dem Laser und dem Detektor auf der Membran montiert ist, angepasst werden. Der thermische Sensor kann die Membrantemperatur basierend auf der Erfassung von Infrarotstrahlung, die aus dem Inneren der Membran empfangen wird, abschätzen. Die geschätzte Verformung der Membran kann direkt mit einem Krümmerdruckpegel, der von der Membran erfahren wird, korreliert sein. In einigen Ausführungsformen die Ausgabe des Lasers neben der statischen Druckmessung auch zum Ausführen einer Dopplerverschiebungsanalyse der Membranauslenkung verwendet werden, wodurch eine dynamische Druckmessung mit höherer Auflösung bereitgestellt wird. Einer oder mehrere Kraftmaschinenbetriebsparameter wie beispielsweise eine Drosselöffnung und ein Ladedruck können dann auf der Basis der Krümmerdruckschätzung angepasst werden. Durch Verwenden eines Laser-Druckgebers kann sowohl die statische Druckmessung als auch die dynamische Druckmessung mit dem gleichen Druckgeber erzielt werden. An sich kann die Dopplerverschiebungsanalyse des Krümmerdrucks außerhalb der Fähigkeiten der herkömmlichen Dehnungsmessstreifen-Drucksensoren sein.As an example, an engine manifold may be configured to include a laser pressure transducer system. The laser pressure transducer system may include a hollow diaphragm coupled to the engine manifold. For example, the diaphragm may be shaped to estimate intake manifold pressure in an engine intake manifold. As another example, the diaphragm may be mounted or embossed on an exhaust manifold to estimate exhaust manifold pressure. A diode laser and a laser detector may be attached to an upper surface of the membrane. For example, the laser and detector may be mounted to a housing that holds the diaphragm in the engine manifold. The internal cavity of the membrane may be sealed, reducing the need for frequent and thorough cleaning. The laser can be operated to inject laser pulses of a predetermined frequency into the interior (in Direction of the bottom) of the membrane. The pulses can then be reflected from the interior and bounce back up where they can be detected by the detector. Deformation of the membrane may be determined based on an elapsed time between emission of the laser pulse from the laser and detection of the reflected pulse at the detector. The elapsed time may be compared to a threshold duration that is learned under calibration conditions when it is known that the diaphragm has no deformation (such as during an engine off condition). As the elapsed time decreases relative to the calibrated threshold, the estimated deformation of the diaphragm may increase. Further, the strain estimate may be adjusted based on a temperature of the membrane as determined by a thermal sensor mounted adjacent the laser and the detector on the membrane. The thermal sensor may estimate the membrane temperature based on the detection of infrared radiation received from the interior of the membrane. The estimated deformation of the membrane may be correlated directly with a manifold pressure level experienced by the membrane. In some embodiments, the output of the laser, in addition to the static pressure measurement, may also be used to perform a Doppler shift analysis of the diaphragm displacement, thereby providing a higher resolution dynamic pressure measurement. One or more engine operating parameters such as throttle opening and boost pressure may then be adjusted based on the manifold pressure estimate. By using a laser pressure transducer, both the static pressure measurement and the dynamic pressure measurement can be achieved with the same pressure transducer. As such, the Doppler shift analysis of the manifold pressure may be outside the capabilities of conventional strain gauge pressure sensors.

Auf diese Weise kann ein kostengünstigerer Krümmerdruck-Messgeber/Sensor bereitgestellt werden, ohne die Genauigkeit oder die Zuverlässigkeit des Sensors zu beeinträchtigen. Durch Verwenden von Lasern, Detektoren und Wärmesensoren, die mit einer abgedichteten Membran gekoppelt sind, kann die Sensorschaltung vor der unwirtlichen Umgebung des Kraftmaschineneinlasses oder des Auslasskrümmers geschützt werden, was die Sensorhaltbarkeit verbessert und Garantieprobleme reduziert. Durch Einsetzen von Laserkomponenten, die leicht zusammengebaut werden können, (beispielsweise eine Schaltung, die mit Bestückungsmaschinen auf eine einzige Schaltungsplatte montiert werden kann), können die Kosten und die Komplexität des Montierens eines Druckgebers in einen Kraftmaschineneinlass oder Auslasskrümmer reduziert werden. Durch Verbessern der Zuverlässigkeit der Druckmessung können Kraftmaschinensteuerfehler reduziert werden.In this way, a lower cost manifold pressure transducer / sensor can be provided without compromising the accuracy or reliability of the sensor. By using lasers, detectors, and thermal sensors coupled to a sealed membrane, the sensor circuitry can be protected from the inhospitable environment of the engine intake or exhaust manifold, which improves sensor durability and reduces warranty problems. By employing laser components that can be easily assembled (for example, a circuit that can be assembled with assembly machines on a single circuit board), the cost and complexity of mounting a pressure transducer into an engine intake or exhaust manifold can be reduced. By improving the reliability of the pressure measurement, engine control errors can be reduced.

Es versteht sich, dass die obige Zusammenfassung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der folgenden ausführlichen Beschreibung näher beschrieben sind. Sie soll keine Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen. It should be understood that the summary above is intended to introduce in simplified form a selection of concepts that are further described in the following detailed description. It is not intended to identify key features or essential features of the claimed subject matter whose scope is defined by the claims which follow the detailed description. Furthermore, the claimed subject matter is not limited to implementations that solve any disadvantages noted above or in any other part of this disclosure.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine beispielhafte Brennkraftmaschine, die mit einem Laser-Druckgebersystem ausgebildet ist. 1 shows an exemplary internal combustion engine, which is formed with a laser pressure transducer system.

2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Laser-Druckgebersystems von 1. 2 shows an exemplary embodiment of the laser pressure transducer system of 1 ,

3A3B zeigen beispielhafte Ansichten eines Laser-Druckgebersystems, das in einen Einlasskrümmer geformt ist. 3A - 3B show exemplary views of a laser pressure transducer system molded into an intake manifold.

4 zeigt ein beispielhaftes Laser-Druckgebersystem, das an einem Auslasskrümmer montiert ist. 4 shows an exemplary laser pressure transducer system mounted on an exhaust manifold.

5 zeigt ein hochrangiges Ablaufdiagramm zum Anpassen des Kraftmaschinenbetriebs basierend auf einer Krümmerdruckschätzung, die über das Laser-Druckgebersystem gewonnen wird. 5 FIG. 11 is a high-level flowchart for adjusting engine operation based on a manifold pressure estimate obtained via the laser pressure transducer system.

6 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Kraftmaschinensystems, das einzelne Partikelfilter, die in einzelnen Auslasskanälen eingesetzt sind, aufweist. 6 FIG. 10 shows an example embodiment of an engine system having individual particulate filters deployed in individual exhaust ports. FIG.

7 zeigt ein hochrangiges Ablaufdiagramm zum Identifizieren einer Verschlechterung einer Kraftmaschinenkomponente in dem Kraftmaschinensystem von 7 FIG. 11 is a high-level flow chart for identifying a deterioration of an engine component in the engine system of FIG

6 basierend auf dem Krümmerdruck, der durch einen Auslass-Laser-Druckgeber bestimmt wird. 6 based on the manifold pressure determined by an exhaust laser transducer.

Genaue BeschreibungPrecise description

Verfahren und Systeme sind für einen kostengünstigen und langlebigen Laser-Druckgeber vorgesehen. Der Druckgeber kann mit dem Einlasskrümmer oder Auslasskrümmer eines Kraftmaschinensystems wie etwa dem Kraftmaschinensystem von 1 und 6 gekoppelt sein, um einen Krümmerdruck (z. B. Einlass- oder Auslasskrümmerdruck) genau zu schätzen. Der Druckgeber kann als eine abgedichtete Membran ausgebildet sein, die mit einer Schaltung montiert ist, die mit jeweils einem Laser, einem Detektor und einem Temperatursensor im Zusammenhang steht (2). Die Membran kann in einen Einlasskrümmer geformt sein, wie es in 3 gezeigt ist, oder auf einen Auslasskrümmer geprägt sein, wie es in 4 gezeigt ist. Ein Kraftmaschinencontroller kann dazu ausgelegt sein, eine Steuerroutine wie beispielsweise die Routine von 5 durchzuführen, um Laserimpulse aus dem Laser in die Membran zu emittieren und dann einen reflektierten Impuls an dem Detektor zu detektieren, der von dem Inneren der Membran abprallt. Der Krümmerdruck kann mit einem Verformungsgrad der Membran korreliert sein, wobei die Verformung basierend auf einer Zeit, die zwischen der Emission des Laserimpulses und der Detektion des reflektierten Impulses verstrichen ist, basiert. Der Controller kann auch dazu ausgelegt sein, eine Steuerroutine wie beispielsweise die Routine von 7 auszuführen, um eine Verschlechterung einer Kraftmaschinenkomponente (beispielsweise einer Brennstoffeinspritzvorrichtung oder eines Einzelkanal-Partikelfilters oder ein Fehlzündungsereignis) basierend auf den Auslasskrümmerdruck zu identifizieren, der von dem Laser-Druckgeber geschätzt wird. Auf diese Weise kann der Krümmerdruck genau in Erfahrung gebracht werden und zugleich die Lebensdauer des Krümmerdrucksensors verlängert werden.Methods and systems are provided for a low cost and long lasting laser pressure transducer. The pressure transducer can be connected to the intake manifold or exhaust manifold of a Engine system such as the engine system of 1 and 6 to accurately estimate a manifold pressure (eg, intake or exhaust manifold pressure). The pressure transducer may be formed as a sealed membrane mounted with a circuit associated with each of a laser, a detector and a temperature sensor ( 2 ). The membrane may be molded into an intake manifold as shown in FIG 3 is shown, or embossed on an exhaust manifold, as it is in 4 is shown. An engine controller may be configured to execute a control routine such as the routine of 5 to emit laser pulses from the laser into the membrane and then to detect a reflected pulse at the detector, which bounces off the interior of the membrane. The manifold pressure may be correlated with a degree of deformation of the membrane, wherein the deformation is based on a time elapsed between the emission of the laser pulse and the detection of the reflected pulse. The controller may also be configured to execute a control routine such as the routine of 7 to identify degradation of an engine component (eg, a fuel injector or a single channel particulate filter or misfire event) based on the exhaust manifold pressure estimated by the laser pressure transducer. In this way, the manifold pressure can be accurately learned and at the same time the life of the manifold pressure sensor can be extended.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 6. Das Fahrzeugsystem 6 umfasst ein Kraftmaschinensystem 8. Das Kraftmaschinensystem 8 kann eine Kraftmaschine 10, die mehrere Zylinder 30 aufweist, umfassen. Die Kraftmaschine 10 umfasst einen Kraftmaschineneinlass 23 und einen Kraftmaschinenauslass 25. Der Kraftmaschineneinlass 23 umfasst eine Drossel 62, die mit einem Kraftmaschineneinlasskrümmer 44 über einen Einlasskanal 42 fluidisch gekoppelt ist. Der Kraftmaschinenauslass 25 umfasst einen Auslasskrümmer 48, der schließlich zu einem Auslasskanal 35 führt, der Abgas in die Atmosphäre leitet. 1 shows a schematic representation of a vehicle system 6 , The vehicle system 6 includes an engine system 8th , The engine system 8th can be an engine 10 that have several cylinders 30 comprising. The engine 10 includes an engine intake 23 and an engine exhaust 25 , The engine intake 23 includes a throttle 62 that with an engine intake manifold 44 via an inlet channel 42 is fluidically coupled. The engine exhaust 25 includes an exhaust manifold 48 which eventually becomes an outlet channel 35 leads the exhaust into the atmosphere.

In dem dargestellten Beispiel ist das Kraftmaschinensystem 8 ein aufgeladenes Kraftmaschinensystem, das mit einem Turbolader 50 ausgestattet ist. Der Turbolader 50 umfasst einen Einlassverdichter 52, der über eine Welle 53 durch die Drehung einer Auslassturbine 54 angetrieben wird. Die Drossel 62 kann in dem Einlasskanal 42, der dem Einlassverdichter 52 nachgeschaltet und einem (optionalen) Nachkühler 56 vorgeschaltet ist, angeordnet sein. Falls vorgesehen, kann der Nachkühler dazu ausgelegt sein, die Temperatur von Einlassluft, die durch die Aufladevorrichtung verdichtet wird, zu reduzieren.In the example shown, the engine system 8th a turbocharged engine system with a turbocharger 50 Is provided. The turbocharger 50 includes an intake compressor 52 that about a wave 53 by turning an exhaust turbine 54 is driven. The throttle 62 can in the inlet channel 42 , the intake compressor 52 downstream and an (optional) aftercooler 56 upstream, be arranged. If provided, the aftercooler may be configured to reduce the temperature of intake air being compressed by the charging device.

Der Einlasskrümmer 44 kann einen Laser-Druckgeber 106 umfassen, der der Drossel 62 und dem Nachkühler 56 nachgeschaltet eingekoppelt ist, um einen Einlasskrümmerdruck (MAP) zu bestimmen. Wie in 3 ausgeführt kann der Druckgeber 106 als Teil des Einlasskrümmers (oder eines Einlassrohrs oder einer Einlasskammer) geformt sein. Wie in 2 ausgeführt kann der Laser-Druckgeber eine Membran umfassen, wobei der Krümmerdruck basierend auf der Verformung der Membran bestimmt wird. Die Membran kann aus demselben Material wie der Einlasskrümmer hergestellt sein, wie beispielsweise aus Glasfaserkunststoff. Dies verbessert die Langlebigkeit des Sensors. Ein Kraftmaschinencontroller kann basierend auf dem geschätzten Einlasskrümmerdruck einen oder mehrere Kraftmaschinenbetriebsparameter wie beispielsweise ein Ladeniveau, die Drosselöffnung und/oder die Menge an Abgasrückführung anpassen.The intake manifold 44 can be a laser pressure transducer 106 include, the throttle 62 and the aftercooler 56 downstream to determine an intake manifold pressure (MAP). As in 3 executed can the pressure transducer 106 be formed as part of the intake manifold (or an inlet pipe or an inlet chamber). As in 2 carried out, the laser pressure transducer may comprise a membrane, wherein the manifold pressure is determined based on the deformation of the membrane. The membrane may be made of the same material as the intake manifold, such as fiberglass. This improves the longevity of the sensor. An engine controller may adjust one or more engine operating parameters, such as charge level, throttle opening, and / or amount of exhaust gas recirculation, based on the estimated intake manifold pressure.

Der Kraftmaschinenauslass 25 kann eine oder mehrere Emissionsregelvorrichtungen 70, die in einer eng gekoppelten Position in den Auslass eingekoppelt sein können, umfassen. Die eine oder die mehreren Emissionsregelvorrichtungen können einen Dreiwegekatalysator, einen Mager-NOx-Filter, einen SCR-Katalysator etc. umfassen. Auspuffabgase, die nach dem Durchgang durch die Emissionsregelvorrichtung 70 behandelt wurden, können über den Auslasskanal 35 in die Atmosphäre ausgestoßen werden.The engine exhaust 25 may be one or more emission control devices 70 which may be coupled into the outlet in a close coupled position. The one or more emission control devices may include a three-way catalyst, a lean NOx trap, an SCR catalyst, etc. Exhaust fumes after passing through the emission control device 70 can be treated via the outlet channel 35 be ejected into the atmosphere.

Der Auslasskrümmer 48 kann ebenfalls einen Laser-Druckgeber 108, der der Emissions-Kontrollvorrichtung 70 vorgeschaltet ist, zum Bestimmen eines Auslasskrümmerdrucks umfassen. In einem alternativen Beispiel kann der Laser-Druckgeber in dem Auslasskrümmer der Turbine 54 vorgeschaltet in dem geraden Bereich des Auslasskrümmers angeordnet sein. Eine derartige Platzierung würde zudem eine Detektion einer blockierten oder fehlenden Emissionsregelvorrichtung 70 ermöglichen. Wie in 4 ausgeführt kann der Druckgeber 108 auf den Auslasskanal 35 (oder ein Auslassrohr oder eine Auslasskammer) geprägt sein. Wie in 2 ausgeführt kann der Laser-Druckgeber eine Membran umfassen, wobei der Krümmerdruck basierend auf der Verformung der Membran bestimmt wird. Die Membran kann aus Stahl oder Aluminium hergestellt sein. Dies verbessert die Langlebigkeit des Sensors in der unwirtlichen und korrosiven Umgebung des Auslasskrümmers. Ein Kraftmaschinencontroller kann basierend auf dem geschätzten Einlasskrümmerdruck einen oder mehrere Kraftmaschinen-Betriebsparameter wie beispielsweise das Ladeniveau, die Drosselöffnung und/oder die Abgaskatalysatortemperatur anpassen.The exhaust manifold 48 can also be a laser pressure transducer 108 , the emission control device 70 upstream for determining an exhaust manifold pressure. In an alternative example, the laser pressure transducer may be in the exhaust manifold of the turbine 54 be arranged upstream in the straight region of the exhaust manifold. Such a placement would also provide detection of a blocked or missing emission control device 70 enable. As in 4 executed can the pressure transducer 108 on the exhaust duct 35 (or an outlet pipe or an outlet chamber) be embossed. As in 2 carried out, the laser pressure transducer may comprise a membrane, wherein the manifold pressure is determined based on the deformation of the membrane. The membrane can be made of steel or aluminum. This improves the longevity of the sensor in the inhospitable and corrosive environment of the exhaust manifold. An engine controller may adjust one or more engine operating parameters, such as charge level, throttle opening, and / or exhaust catalyst temperature, based on the estimated intake manifold pressure.

Das Fahrzeugsystem 6 kann ferner ein Steuersystem 14 enthalten. Es ist gezeigt, dass das Steuersystem 14 Informationen von mehreren Sensoren 16 (eine Vielzahl an Beispielen davon sind hier beschrieben) erhält und Steuersignale an mehrere Aktoren 81 (eine Vielzahl an Beispielen davon sind hier beschrieben) sendet. Als ein Beispiel können die Sensoren 16 einen Abgassensor 126 (angeordnet in dem Auslasskrümmer 48), einen Temperatursensor 128, den Einlasskrümmer-Druckgeber 106 und den Auslass-Druckgeber 108 umfassen. Andere Sensoren wie etwa zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft/Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren können an verschiedenen Orten in dem Fahrzeugsystem 6 eingekoppelt sein. Als weiteres Beispiel können die Aktoren einen Kraftstoffeinspritzer 66, eine Drossel 62, eine Ladeniveauausgabe durch den Turbolader 50 etc. umfassen. Das Steuersystem 14 kann einen Controller 12 umfassen. Der Controller kann Eingabeinformationen aus verschiedenen Sensoren erhalten, die Eingabeinformationen verarbeiten und die Aktoren als Antwort auf die verarbeiteten Eingabeinformationen basierend auf Befehlen oder Code, die darin einprogrammiert sind und einer oder mehreren Routinen entsprechen, auslösen. Eine beispielhafte Routine ist mit Bezug auf 5 gezeigt.The vehicle system 6 can also have a tax system 14 contain. It is shown that control system 14 Information from multiple sensors 16 (a variety of examples of which are described here) and receives control signals to multiple actuators 81 (a variety of examples of which are described here). As an example, the sensors 16 an exhaust gas sensor 126 (located in the exhaust manifold 48 ), a temperature sensor 128 , the intake manifold pressure transducer 106 and the outlet pressure transducer 108 include. Other sensors such as additional pressure, temperature, air / fuel ratio, and composition sensors may be located at various locations in the vehicle system 6 be coupled. As another example, the actuators may be a fuel injector 66 , a throttle 62 , a store level output by the turbocharger 50 etc. include. The tax system 14 can a controller 12 include. The controller may receive input information from various sensors that process input information and trigger the actuators in response to the processed input information based on instructions or code programmed therein and corresponding to one or more routines. An exemplary routine is with reference to 5 shown.

Unter Bezugnahme auf 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform 200 eines Laser-Druckgebers gezeigt. Der Laser-Druckgeber kann mit einem Einlasskrümmer (wie ein Sensor 106 von 1) oder mit einem Auslasskrümmer (wie ein Sensor 108) gekoppelt sein. Der Messgeber 200 umfasst eine Membran 202. In einem Beispiel, in dem der Messgeber mit einem Kraftmaschinenauslasskrümmer gekoppelt ist, kann die Membran 202 in den Auslasskrümmer gegossen (oder geprägt oder eingearbeitet) sein. Darüber hinaus kann die integrierte Membran aus einem Material bestehen, das bei höheren Temperaturen beständig ist, wie beispielsweise Aluminium oder Stahl. In einem weiteren Beispiel, in dem der Messgeber mit einem Kraftmaschineneinlasskrümmer gekoppelt ist, kann die Membran 202 in den Einlasskrümmer geformt sein, beispielsweise als flache Stelle an dem Einlasskrümmer. Darüber hinaus kann die integrierte Membran aus dem gleichen Material wie der Einlasskrümmer wie etwa Flex (Glasfaserkunststoff) hergestellt sein. In anderen Beispielen kann die Messgebermembran aus einem herkömmlichen Messgebergehäuse mit einer Kunststoff- oder Metallmembran hergestellt sein und eine Sensorleitung (beispielsweise eine Messsensorleitung) kann verwendet werden.With reference to 2 is an exemplary embodiment 200 a laser pressure transducer shown. The laser pressure transducer can be equipped with an intake manifold (such as a sensor 106 from 1 ) or with an exhaust manifold (such as a sensor 108 ). The encoder 200 includes a membrane 202 , In an example where the transmitter is coupled to an engine exhaust manifold, the diaphragm may 202 cast (or embossed or incorporated) into the exhaust manifold. In addition, the integrated membrane may be made of a material that is resistant to higher temperatures, such as aluminum or steel. In another example, where the transmitter is coupled to an engine intake manifold, the diaphragm may 202 be formed in the intake manifold, for example, as a flat location on the intake manifold. In addition, the integrated membrane may be made of the same material as the intake manifold, such as Flex (fiberglass). In other examples, the transmitter diaphragm may be made from a conventional transmitter housing having a plastic or metal diaphragm, and a sensor conduit (eg, a sensing sensor conduit) may be used.

Ein Diodenlaser 204 und ein Laserdetektor 206 können jeweils an einer Oberseite der Membran 202 montiert sein und auf eine Innenfläche an der Unterseite der Membran gerichtet sein. Zusätzlich kann ein thermischer Sensor 208 an einer Oberseite der Membran montiert sein und auf eine Innenfläche an der Unterseite der Membran gerichtet sein. Die optischen Komponenten können alternativ an einem Gehäuse montiert sein, das die Membran in dem Kraftmaschinenkrümmer hält. An sich sind die Kosten von Lasern aufgrund der Ausbreitung der Diodenlasertechnologie in Herstellungsprodukte in den letzten Jahren deutlich gefallen. Darüber hinaus kann die Schaltung, die den Diodenlasern und Detektoren zugeordnet ist, leicht mit Bestückungsmaschinen auf eine einzige Schaltungsplatte montiert werden. Als Ergebnis können der Diodenlaser 204, der Detektor 206 und der thermische Sensor 208 leicht und kosteneffizient an die Oberseite der Membran 202 gekoppelt werden. An sich kann dies die Kosten und die Komplexität des Laser-Druckgeber über Dehnungsmessstreifen-Anordnungen verringern, die eine gründliche Reinigung einer Montagefläche, eine manuelle Anbringung eines Dehnungsmessstreifens an einer Membran mit Haftmittel und ein vorsichtiges Füllen eines Hohlraums der Membran mit einer Vergussmasse erfordern.A diode laser 204 and a laser detector 206 can each be on top of the membrane 202 be mounted and directed to an inner surface at the bottom of the membrane. In addition, a thermal sensor 208 be mounted on an upper side of the membrane and directed to an inner surface on the underside of the membrane. The optical components may alternatively be mounted to a housing that holds the diaphragm in the engine manifold. As such, the cost of lasers has dropped significantly in recent years due to the spread of diode laser technology into manufacturing products. In addition, the circuitry associated with the diode lasers and detectors can be easily mounted on a single circuit board with placement machines. As a result, the diode laser 204 , the detector 206 and the thermal sensor 208 lightweight and cost-efficient on the top of the membrane 202 be coupled. As such, this may reduce the cost and complexity of the laser thruster via strain gage assemblies requiring thorough cleaning of a mounting surface, manual attachment of a strain gauge to a membrane with adhesive, and careful filling of a cavity of the diaphragm with a potting compound.

Die Membran 202 kann hohl sein, wobei der Hohlraum abgedichtet ist. Die äußere Oberfläche der Membran kann bei Anwendung von Druck verformbar sein. Eine Beladung in der Nähe der Membran 202 (wie in dem Einlasskrümmer oder dem Auslasskrümmer, basierend auf dem Ort des Messgebers) kann einen Druck auf die Membran ausüben, wodurch sie verformt wird. Insbesondere dann, wenn der Krümmerdruck ansteigt, kann die Verformung der Membran steigen. Der Controller 12 kann dazu ausgelegt sein, die Verformung der Membran basierend auf Laserimpulsen, die beim Abprallen von (dem Inneren) der Membran empfangen werden, abzuschätzen und die Verformung der Membran mit einer Krümmerdruckschätzung korrelieren. Ein oder mehrere Kraftmaschinenbetriebsparameter können dann basierend auf dem geschätzten Krümmerdruck angepasst werden, wie in 5 ausgeführt ist.The membrane 202 may be hollow, with the cavity sealed. The outer surface of the membrane may be deformable when pressure is applied. A load near the membrane 202 (as in the intake manifold or the exhaust manifold, based on the location of the encoder) may exert pressure on the diaphragm, thereby deforming it. In particular, when the manifold pressure increases, the deformation of the membrane may increase. The controller 12 may be configured to estimate the deformation of the membrane based on laser pulses received upon rebound of (the inside) of the membrane, and correlate the deformation of the membrane with a manifold pressure estimate. One or more engine operating parameters may then be adjusted based on the estimated manifold pressure, as in FIG 5 is executed.

Der Controller 12 kann dazu ausgelegt sein, den Laser 204 zu betreiben, um Laserimpulse in das Innere der Membran zu emittieren. Insbesondere kann der Laser 204 einen Laserimpuls 210 in und in Richtung einer Unterseite der Membran emittieren. Der Laserimpuls 210 kann ein Impuls mit niedrigerer Leistung sein. Zum Beispiel kann der verwendete Laserimpuls Frequenzen bei niedriger Energieintensität durchlaufen. Als ein Beispiel kann der Laser mit einer sich wiederholenden linearen Frequenzrampe frequenzmoduliert werden. Der Detektor 206, der an dem oberen Ende der Membran angeordnet ist, kann einen Rücklaufimpuls 212, der von der unteren Oberfläche der Membran reflektiert wird, empfangen. Insbesondere wird nach der Laseremission Lichtenergie, die von der Membran reflektiert wird, durch den Detektor 206 detektiert. Durch Richten des Lasers und des Detektors auf das Innere der Membran aus dem abgedichteten Hohlraum der Membran heraus können sowohl der Laser als auch die Optik des Lasers und des Detektors sauber gehalten werden. An sich ermöglicht dies, dass genauere Messungen durchgeführt werden und zugleich die Haltbarkeit und die Lebensdauer des Druckgebersystems erhöht werden.The controller 12 can be designed to use the laser 204 to emit laser pulses into the interior of the membrane. In particular, the laser can 204 a laser pulse 210 emit in and towards a bottom of the membrane. The laser pulse 210 may be a lower power pulse. For example, the laser pulse used may pass through frequencies at low energy intensity. As an example, the laser may be frequency modulated with a repetitive linear frequency ramp. The detector 206 , which is located at the upper end of the membrane, may be a flyback pulse 212 received from the lower surface of the membrane is received. In particular, after the laser emission, light energy reflected from the membrane is passed through the detector 206 detected. By directing the laser and the detector on the inside of the membrane out of the sealed cavity of the membrane, both the laser and the optics of the laser and the detector can be kept clean become. As such, this allows for more accurate measurements while increasing the durability and life of the pressure transducer system.

Die Differenz in der Zeit (d. h. die verstrichene Dauer) zwischen der Emission des Laserimpulses 210 und der Detektion des reflektierten Impulses 212 kann verwendet werden, um einen Verformungsgrad der Membran zu schätzen. Die Zeitdifferenz kann ferner mit einer Zeitschwelle verglichen werden. Weil beispielsweise der Abstand des Lasers 204 zu der unteren Fläche der Membran 202 klein ist, kann eine Detektion eines reflektierten Laserimpulses durch den Detektor 206 in dem Pikosekunden-Zeitbereich auftreten. Eine Zeitschwelle, die auf der Zeit basiert, die ein Laserimpuls benötigt, um die Länge einer überhaupt nicht verformten Membran hin und zurück zurückzulegen, (beispielsweise 1 Pikosekunde) kann daher als Referenzwert zum Vergleich mit der gemessenen Zeitdifferenz hergenommen werden. Der Referenzwert kann unter ausgewählten Bedingungen in Erfahrung gebracht werden, unter denen die Membran nicht verformt ist, wie etwa bald nach der Membranmontage in den Krümmer oder während eines Kraftmaschinen-Aus-Zustands. Wenn für einen emittierten Laserimpuls die Detektion der reflektierten Lichtenergie weniger als 1 Pikosekunde benötigt, zeigt dies eine Membranverformung an. Somit kann eine geschätzte Membranverformung steigen, wenn die erforderliche Zeit für die Detektion des reflektierten Impulses von der Schwelle aus abnimmt. Da die Membranverformung auf Druck, der von der Beladung in dem Krümmer auf die Membran ausgeübt wird, zurückzuführen ist, kann der Krümmerdruck (MAP) basierend auf der erhöhten Membranverformung abgeleitet werden. In einigen Beispielen kann die Membranverformung (und damit der MAP) durch Frequenzmodulationsverfahren mittels frequenzmodulierten Laserstrahlen mit einer sich wiederholenden linearen Frequenzrampe geschätzt werden.The difference in time (ie the elapsed time) between the emission of the laser pulse 210 and the detection of the reflected pulse 212 can be used to estimate a degree of deformation of the membrane. The time difference may be further compared to a time threshold. Because, for example, the distance of the laser 204 to the lower surface of the membrane 202 is small, a detection of a reflected laser pulse by the detector 206 occur in the picosecond time domain. A time threshold based on the time required for a laser pulse to travel the length of an undeformed membrane back and forth (e.g., 1 picosecond) can therefore be taken as the reference value for comparison with the measured time difference. The reference value may be learned under selected conditions in which the diaphragm is not deformed, such as soon after diaphragm assembly in the manifold or during an engine off condition. If the detection of the reflected light energy requires less than 1 picosecond for an emitted laser pulse, this indicates membrane deformation. Thus, an estimated membrane strain may increase as the time required for the detection of the reflected pulse decreases from the threshold. Because membrane deformation is due to pressure exerted by the load in the manifold on the membrane, manifold pressure (MAP) can be deduced based on increased membrane deformation. In some examples, membrane deformation (and thus MAP) can be estimated by frequency modulation techniques using frequency modulated laser beams with a repetitive linear frequency ramp.

Die Druckschätzung kann auch angepasst werden, um Änderungen der Membranverformung aufgrund von Temperatur zu kompensieren. Insbesondere kann der thermische Sensor 208 dazu ausgelegt sein, eine Temperatur der Membran basierend auf Infrarotstrahlung 214, die an dem thermischen Sensor 208 aus dem Inneren der Membran 202 empfangen wird, zu schätzen. Wie unter Bezugnahme auf 5 ausgearbeitet kann ein Controller den Krümmerdruck basierend auf jeweils der geschätzten Temperatur und der geschätzten Membranauslenkung schätzen, indem auf eine Nachschlagtabelle Bezug genommen wird. Wenn der geschätzte Krümmerdruck (MAP) in einem gültigen Bereich (auf Basis der Länge der Membran) ist, kann das MAP-Signal verwendet werden, um Kraftmaschinenbetriebsparameter anzupassen. Ansonsten kann die Messgeberausgabe als fehlerhaft und in einem verschlechterten Genauigkeitsbereich angesehen werden.The pressure estimate may also be adjusted to compensate for changes in membrane strain due to temperature. In particular, the thermal sensor 208 be designed to a temperature of the membrane based on infrared radiation 214 attached to the thermal sensor 208 from the inside of the membrane 202 is appreciated, appreciated. As with reference to 5 For example, a controller may estimate the manifold pressure based on the estimated temperature and the estimated diaphragm displacement, respectively, by referring to a look-up table. If the estimated manifold pressure (MAP) is within a valid range (based on the length of the diaphragm), the MAP signal may be used to adjust engine operating parameters. Otherwise, the encoder output may be considered faulty and in a degraded range of accuracy.

Es versteht sich, dass zusätzlich zu den oben diskutierten statischen Druckmessungen, unter Verwendung desselben Laser-Druckgebers dynamische Druckmessungen mit höherer Auflösung durchgeführt werden können, während jedoch eine Dopplerverschiebungsmessung der geschätzten Membranauslenkung/Verformung angewendet wird. Darin kann durch Vergleichen von Membranauslenkungen zu zwei verschiedenen Zeiten und Beobachten einer Dopplerverschiebung zwischen den Auslenkungen eine Änderung des MAP abgeleitet werden. Zum Beispiel kann der Wert der zwei Arten von Messungen verglichen werden, wenn man bedenkt, dass der MAP detektieren muss, ob ein großer statischer Wert näher rückt, der den Einlass beschädigen kann.It will be appreciated that in addition to the static pressure measurements discussed above, using the same laser pressure transducer, higher pressure dynamic pressure measurements may be performed while, however, a Doppler shift measurement of the estimated diaphragm displacement / strain is applied. Therein, by comparing membrane excursions at two different times and observing a Doppler shift between the excursions, a change in the MAP can be deduced. For example, the value of the two types of measurements may be compared, bearing in mind that the MAP must detect if a large static value is approaching which may damage the inlet.

Unter Bezugnahme auf 3A–B sind beispielhafte Ansichten eines Laser-Druckgebersystems, das mit einem Einlasskrümmer gekoppelt ist, gezeigt. Genauer zeigt 3A eine Draufsicht 300 des Druckgebers, der mit einem Einlasskrümmer verbunden ist, während 3B eine Seitenansicht 350 zeigt.With reference to 3A Figures 2-B are exemplary views of a laser pressure transducer system coupled to an intake manifold. Exactly shows 3A a top view 300 of the pressure transducer, which is connected to an intake manifold while 3B a side view 350 shows.

Die Draufsicht 300 zeigt einen Einlasskrümmer 302, der mit dem Zylinderkopf 304 verbunden ist und dazu ausgelegt ist, eine Einlassluftladung über Kanäle 306 an Kraftmaschinenzylinder (nicht dargestellt) zu liefern. Der Einlasskrümmer 302 besteht aus einem hitzebeständigen Material wie z. B. Glasfaserkunststoff. Der Einlasskrümmer kann mit Querstrukturen 307 ausgebildet sein, die über die Ebene des Einlasskrümmers vorstehen. Die Querstrukturen 307 stellen eine strukturelle Steifigkeit für den Einlasskrümmer 302 bereit. Zwischen der Querstruktur 307 liegen flache Bereiche 308.The top view 300 shows an intake manifold 302 that with the cylinder head 304 is connected and adapted to an intake air charge through channels 306 to deliver to engine cylinders (not shown). The intake manifold 302 consists of a heat-resistant material such. B. fiberglass plastic. The intake manifold may be with cross structures 307 be formed, which protrude beyond the plane of the intake manifold. The cross structures 307 provide structural stiffness to the intake manifold 302 ready. Between the cross structure 307 lie flat areas 308 ,

Der Einlasskrümmer-Laser-Druckgeber 106 (von 1) kann in den Einlasskrümmer 302 geformt sein. Speziell kann die Membran 310 in den flachen Bereich 308 des Einlasskrümmers 302 geformt sein. Mit anderen Worten kann einer der flachen Bereiche die drucksensible Membran sein. Die zentrale Lage der Membran ermöglicht, dass sie proportional zu dem Druck in der Mitte des Krümmers ausgelenkt wird, was von dem Laser-Messgeber in eine elektrische Ausgabe übersetzt wird.The intake manifold laser thruster 106 (from 1 ) can into the intake manifold 302 be shaped. Specifically, the membrane 310 in the shallow area 308 of the intake manifold 302 be shaped. In other words, one of the flat areas may be the pressure-sensitive membrane. The central location of the diaphragm allows it to deflect in proportion to the pressure in the center of the manifold, which is translated into an electrical output by the laser transmitter.

Die Membran 310 kann aus dem gleichen Material wie der Einlasskrümmer wie etwa Glasfaserkunststoff hergestellt sein. Laserschaltungskomponenten 312 können dann oben auf der Membran untergebracht sein. Insbesondere können die Laserschaltungskomponenten 312 auf eine Laserschaltungsplatte 318 gedruckt sein, die auf der Oberseite der Membran untergebracht ist. Die Laserschaltungskomponenten 312 können einen Diodenlaser (zum Emittieren der Laserimpulse), einen Laserdetektor (zum Detektieren der reflektierten Laserimpulse) und einen thermischen Sensor (zum Empfangen von Infrarotstrahlung aus dem Inneren der Membran) umfassen.The membrane 310 may be made of the same material as the intake manifold, such as fiberglass. Laser circuit components 312 can then be placed on top of the membrane. In particular, the laser circuit components 312 on a laser circuit board 318 printed, which is housed on the top of the membrane. The laser circuit components 312 can use a diode laser (for emitting the laser pulses), a laser detector (for detecting the reflected laser pulses) and a thermal sensor (for receiving infrared radiation from inside the membrane).

Die Seitenansicht 350 von 3B zeigt die Membran 310, die in den Einlasskrümmer 302 geformt ist, und das Lasergehäuse 316, das auf der Oberseite der Membran geformt ist. Die Membran 310 ist in den flachen Bereich 308 des Einlasskrümmers 302 geformt, so dass der Krümmerdruck der Luftladung an einer Stelle geschätzt werden kann, die der Einlassdrossel 314 nachgeschaltet und den Kanälen 306, die Luft zu den Zylindern liefern, nachgeschaltet ist. Das Lasergehäuse kann so ausgelegt sein, dass die Laserschaltungsplatte 318 in das Gehäuse gleiten kann. Dies reduziert die Kosten und die Komplexität des Laser-Druckgebersystems.The side view 350 from 3B shows the membrane 310 in the intake manifold 302 is shaped, and the laser housing 316 which is molded on top of the membrane. The membrane 310 is in the shallow area 308 of the intake manifold 302 shaped so that the manifold pressure of the air charge can be estimated at a location that the intake throttle 314 downstream and the channels 306 , which supply air to the cylinders, is downstream. The laser housing may be designed such that the laser circuit board 318 can slide into the housing. This reduces the cost and complexity of the laser pressure transducer system.

In einem Beispiel weist die Membran 310 eine im Allgemeinen planare Oberfläche auf, die dem herrschenden Einlasskrümmerdruck ausgesetzt ist, wobei die Laserschaltungskomponenten 312 auf einer gegenüberliegenden Seite der planaren Oberfläche, die dem Einlasskrümmer-Innenvolumen ausgesetzt ist, angeordnet sind. Die Laserschaltungskomponenten können einen Laser umfassen, der an der Rückseite der Oberfläche, die dem Innenvolumen des Einlasskrümmers ausgesetzt ist, senkrecht ausgerichtet ist. Die im Allgemeinen planare Oberfläche der Membran 310 kann im Allgemeinen auf eine innere Oberfläche einer Wand des Einlasskrümmers ausgerichtet sein, so dass sie mit der Krümmerwand bündig ist, um nicht weiter in den inneren Hohlraum des Einlasskrümmers zu ragen als andere Abschnitte der Einlasskrümmerwand in der Nähe.In one example, the membrane 310 a generally planar surface exposed to prevailing intake manifold pressure, wherein the laser circuit components 312 on an opposite side of the planar surface exposed to the intake manifold internal volume. The laser circuit components may include a laser that is vertically aligned at the back surface of the surface exposed to the interior volume of the intake manifold. The generally planar surface of the membrane 310 In general, it may be aligned with an inner surface of a wall of the intake manifold so that it is flush with the manifold wall so as not to protrude further into the inner cavity of the intake manifold than other portions of the intake manifold wall in the vicinity.

Unter Bezugnahme auf 4 ist eine beispielhafte Ausführungsform 400 eines Laser-Druckgebersystems, das mit einem Auslasskrümmer gekoppelt ist, gezeigt. Eine Ausführungsform 400 zeigt einen Auslasskrümmer 408, der dazu ausgelegt ist, Abgase, die beim Durchgang 70 durch die Emissionsregelvorrichtung behandelt werden, über den Auslasskanal 35 von stromabwärts in die Atmosphäre freizusetzen. Der Auslasskrümmer 408 besteht aus einem hitzebeständigen Material wie etwa Faserglas, Kunststoff, Stahl oder Aluminium.With reference to 4 is an exemplary embodiment 400 a laser pressure transducer system coupled to an exhaust manifold. An embodiment 400 shows an exhaust manifold 408 which is designed to exhaust gases during passage 70 be treated by the emission control device, via the exhaust duct 35 from the downstream to the atmosphere. The exhaust manifold 408 is made of a heat-resistant material such as fiberglass, plastic, steel or aluminum.

Der Auslasskrümmer-Laser-Druckgeber 108 (von 1) kann in den Auslasskrümmer 408 geprägt sein. Genauer kann die Membran 410 in den Auslasskanal 35 geprägt sein. Alternativ kann die Membran 410 als Teil der Grundstruktur des Auslasskrümmers in einer ähnlichen Anordnung wie derjenigen gegossenen oder maschinell hergestellt werden, die oben in Bezug auf den Einlasskrümmer-Laser-Druckgeber mit einem flachen Bereich des Auslasskrümmers, der dazu ausgelegt ist, die druckempfindliche Membran zu sein, beschrieben ist. Die integrierte Membran 410 kann aus einem hitzebeständigen Material hergestellt sein, einschließlich dem gleichen Material wie der Auslasskrümmer wie etwa Aluminium oder Stahl (beispielsweise 304-Edelstahl) und/oder Kunststoff. Laserschaltungskomponenten 412 können dann oben auf der Membran untergebracht sein. Insbesondere können die Laserschaltungskomponenten 412 auf eine Laserschaltungsplatte 418 gedruckt sein, die auf der Oberseite der Membran in einem Gehäuse 416 untergebracht ist. Die Laserschaltungskomponenten 412 können einen Diodenlaser (zum Emittieren der Laserimpulse), einen Laserdetektor (zum Detektieren der reflektierten Laserimpulse) und einen thermischen Sensor (zum Empfangen von Infrarotstrahlung aus dem Inneren der Membran) umfassen. Das Lasergehäuse kann so ausgelegt sein, dass die Laserschaltungsplatte 418 in das Gehäuse gleiten kann. Alternativ kann die Leiterplatte in das Gehäuse geprägt sein. Dies reduziert die Kosten und die Komplexität des Laser-Druckgebersystems.The exhaust manifold laser thruster 108 (from 1 ) can into the exhaust manifold 408 being shaped. More precisely, the membrane 410 in the outlet channel 35 being shaped. Alternatively, the membrane 410 as part of the basic structure of the exhaust manifold in a similar arrangement to that cast or machined described above with respect to the intake manifold laser pressure transducer having a flat portion of the exhaust manifold designed to be the pressure sensitive diaphragm. The integrated membrane 410 may be made of a refractory material including the same material as the exhaust manifold such as aluminum or steel (e.g. 304 Stainless steel) and / or plastic. Laser circuit components 412 can then be placed on top of the membrane. In particular, the laser circuit components 412 on a laser circuit board 418 printed on the top of the membrane in a housing 416 is housed. The laser circuit components 412 may comprise a diode laser (for emitting the laser pulses), a laser detector (for detecting the reflected laser pulses), and a thermal sensor (for receiving infrared radiation from inside the membrane). The laser housing may be designed such that the laser circuit board 418 can slide into the housing. Alternatively, the circuit board may be embossed in the housing. This reduces the cost and complexity of the laser pressure transducer system.

Es versteht sich, dass in alternativen Ausführungsformen das Einlasskrümmer- und/oder das Auslasskrümmer-Laser-Druckgebersystem ein herkömmliches Messgebergehäuse mit einer Kunststoff- oder Metallmembran und einer Sensorleitung, die die Laserschaltungsplattenkomponenten mit der Membran verbindet, enthalten können.It will be understood that in alternative embodiments, the intake manifold and / or the exhaust manifold laser pressure transducer system may include a conventional encoder housing having a plastic or metal diaphragm and a sensor conduit connecting the laser circuit board components to the diaphragm.

Unter Bezugnahme auf 5 ist ein beispielhaftes Verfahren 500 zum Betreiben des Laser-Druckgebersystems zum Schätzen eines Krümmerdrucks und Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebsparameters basierend auf dem geschätzten Krümmerdruck gezeigt. Das Verfahren ermöglicht es, den Kraftmaschinenbetrieb als Antwort auf Laserimpulse, die nach Abprallen von einer Membran in einem Kraftmaschinenkrümmer empfangen werden, anzupassen.With reference to 5 is an exemplary process 500 for operating the laser pressure transducer system to estimate a manifold pressure and adjust an engine operating parameter based on the estimated manifold pressure. The method enables engine operation to be adjusted in response to laser pulses received after rebounding from a diaphragm in an engine manifold.

Bei 502 kann bestätigt werden, dass der Laser des Laser-Druckgebers eingeschaltet ist und Impulse sendet (oder dazu in der Lage ist, Impulse zu senden). Wenn nicht, kann der Laser bei 503 ausgeschaltet werden. Außerdem kann ein Fehlerstatus an den PCM-Controller gesendet werden. Zum Beispiel kann ein Diagnosecode von dem Kraftmaschinencontroller festgelegt werden, um einen fehlerhaften Laser-Druckgeber anzuzeigen.at 502 can be confirmed that the laser of the laser thruster is turned on and sends pulses (or is able to send pulses). If not, the laser may be on 503 turned off. In addition, an error status can be sent to the PCM controller. For example, a diagnostic code may be set by the engine controller to indicate a faulty laser transducer.

Wenn der Laser arbeitet, umfasst das Verfahren bei 504 ein Betreiben des Lasers, um Laserimpulse zu einem Inneren der Membran zu emittieren. Der Laser kann auf der Oberseite der Membran montiert oder geprägt sein und kann daher dazu ausgelegt sein, die emittierten Laserimpulse in Richtung eines Inneren der Membran und insbesondere auf eine untere Fläche der Membran zu richten. Zum Beispiel können die Laserimpulse von einem Laser, der auf der Membran montiert ist, in Richtung einer Membran, die mit einem Kraftmaschinenkrümmer gekoppelt ist, emittiert werden. Die Laserimpulse können synchron mit einer Kraftmaschinenzündfrequenz emittiert werden. Bei 506 umfasst das Verfahren ein Detektieren von Laserimpulsen, die von der unteren Fläche der Membran reflektiert werden, an dem Detektor, der an der Oberseite der Membran montiert oder eingeprägt ist. Insbesondere können Laserimpulse, die von einem Inneren der Membran gegenüber einem Inneren des Krümmers reflektiert werden, an einem Detektor, der an der Membran montiert ist, empfangen werden.When the laser works, the procedure includes 504 operating the laser to emit laser pulses to an interior of the membrane. The laser may be mounted or embossed on top of the membrane, and therefore may be configured to direct the emitted laser pulses toward an interior of the membrane, and in particular to a bottom surface of the membrane. To the For example, the laser pulses may be emitted from a laser mounted on the diaphragm toward a diaphragm coupled to an engine manifold. The laser pulses may be emitted synchronously with an engine spark frequency. at 506 The method comprises detecting laser pulses reflected from the bottom surface of the membrane at the detector mounted or imprinted on top of the membrane. In particular, laser pulses reflected from an interior of the diaphragm to an interior of the manifold may be received at a detector mounted to the diaphragm.

Bei 508 umfasst das Verfahren ein Bestätigen, dass der Laserdetektor ein Abstandssignal in einem gültigen Bereich empfängt. An sich korreliert die verstrichene Dauer zwischen der Emission des Laserimpulses und der Detektion des reflektierten Impulses mit einem Abstand zwischen der Oberseite der Membran (wo der Laserimpuls emittiert wird) und der Unterseite der Membran (wo der Laserimpuls reflektiert wird). Wenn das Abstandssignal, das an dem Detektor empfangen wird, größer als ein Signal ist, das der Länge der Membran entspricht, kann bestimmt werden, dass der Detektor kein Abstandssignal in einem gültigen Bereich empfängt. Wenn das Signal nicht in dem gültigen Bereich ist, dann kehrt das Verfahren zu 503 zurück, wobei der Laser ausgeschaltet wird und ein Fehlerstatus angezeigt wird.at 508 The method includes confirming that the laser detector receives a distance signal in a valid range. As such, the elapsed time between the emission of the laser pulse and the detection of the reflected pulse correlates with a distance between the top of the membrane (where the laser pulse is emitted) and the bottom of the membrane (where the laser pulse is reflected). If the distance signal received at the detector is greater than a signal corresponding to the length of the membrane, it can be determined that the detector does not receive a distance signal in a valid range. If the signal is not in the valid range, then the method returns 503 back with the laser turned off and an error status displayed.

Wenn der Laserdetektor ein Abstandssignal in einem gültigen Bereich empfängt, dann umfasst das Verfahren bei 510 ein Bestätigen, dass der thermische Sensor (auch oben auf der Membran montiert) ein gültiges Temperatursignal (Td) einliest. Zum Beispiel kann eine erwartete Temperatur der Membran auf Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen bestimmt werden. Wenn der Messwert des thermischen Sensors um mehr als einen Schwellenbetrag höher oder niedriger als der erwartete Messwert ist, kann bestimmt werden, dass die Ausgabe des thermischen Sensors ungenau ist. Wenn der Messwert des thermischen Sensors ungültig ist, dann umfasst das Verfahren bei 512 ein Festlegen eines Diagnosecodes, um anzugeben, dass der thermische Sensor verschlechtert ist. Zum Beispiel kann ein Temperaturfehlerstatus für eine verschlechterte Genauigkeit festgelegt werden. Darüber hinaus kann die Membrantemperatur auf eine Standardtemperatur (z. B. 60 °F) festgelegt werden.If the laser detector receives a distance signal in a valid range, then the method includes 510 confirming that the thermal sensor (also mounted on top of the diaphragm) reads in a valid temperature signal (Td). For example, an expected temperature of the diaphragm may be determined based on engine operating conditions. If the thermal sensor reading is higher or lower than the expected reading by more than a threshold amount, it may be determined that the thermal sensor output is inaccurate. If the reading of the thermal sensor is invalid, then the procedure at 512 setting a diagnostic code to indicate that the thermal sensor is degraded. For example, a temperature error status for deteriorated accuracy may be set. In addition, the membrane temperature can be set to a standard temperature (eg 60 ° F).

Als Nächstes beinhaltet das Verfahren bei 514 ein Berechnen eines Abstands zu der Membran (Dmeas) auf Basis der verstrichenen Zeit zwischen der Emission des Laserimpulses und der Detektion des Laserimpulses. Zum Beispiel kann der Abstand durch Frequenzmodulationsverfahren mittels frequenzmodulierten Laserstrahlen mit einer sich wiederholenden linearen Frequenzrampe bestimmt werden.Next, the method involves 514 calculating a distance to the diaphragm (Dmeas) based on the elapsed time between the emission of the laser pulse and the detection of the laser pulse. For example, the distance may be determined by frequency modulation techniques using frequency modulated laser beams with a repetitive linear frequency ramp.

Bei 516 umfasst das Verfahren ein Schätzen eines Ausmaßes der Membranverformung (oder -auslenkung) basierend auf der Laserimpuls-Zeitvorgabe relativ zu einer Schwelle. An sich kann die Membran in den Krümmer geformt sein (oder in den Krümmer geprägt oder gegossen sein). Folglich kann basierend auf einer Menge an Druck, die durch die Membran in dem Kraftmaschinenkrümmer (der ein Einlass- oder ein Auslasskrümmer sein kann) erfahren wird, die Verformung der Membran variieren. Insbesondere kann die Verformung der Membran größer werden, wenn der Krümmerdruck steigt, und dementsprechend kann der Abstand zu der Membran (sowie die zwischen der Emission des Laserimpulses und der Detektion des reflektierten Impulses verstrichene Zeit) fallen. In einem Beispiel kann die geschätzte Zeitdifferenz zwischen der Emission des Laserimpulses und der Detektion des Laserimpulses mit einer Zeitdifferenz, die unter einer Kalibrierungsbedingung geschätzt wird, wenn die Membran nicht verformt ist, wie beispielsweise wenn die Kraftmaschine nicht in Betrieb ist, verglichen. Alternativ kann ein Abstand zu der Membran, der während Kraftmaschinenbetriebsbedingungen geschätzt wird, mit einem Schwellenabstand zu der Membran verglichen werden, der unter Kalibrierungsbedingungen geschätzt wird, wenn die Membran nicht verformt ist. Wenn die geschätzte Zeitdifferenz von der Schwelle aus abnimmt, kann zudem eine geschätzte Verformung der Membran aufgrund des Krümmerdrucks steigen. Ebenso kann dann, wenn der geschätzte Abstand zu der Membran abnimmt, die Verformung der Membran aufgrund des Krümmerdrucks steigen.at 516 The method includes estimating an amount of membrane deformation (or displacement) based on the laser pulse timing relative to a threshold. As such, the membrane may be molded into the manifold (or stamped or cast into the manifold). Thus, based on an amount of pressure experienced by the diaphragm in the engine manifold (which may be an intake or exhaust manifold), the deformation of the diaphragm may vary. In particular, the deformation of the diaphragm may become larger as the manifold pressure increases, and accordingly, the distance to the diaphragm (as well as the time elapsed between the emission of the laser pulse and the detection of the reflected pulse) may decrease. In one example, the estimated time difference between the emission of the laser pulse and the detection of the laser pulse may be compared with a time difference estimated under a calibration condition when the diaphragm is not deformed, such as when the engine is not operating. Alternatively, a distance to the diaphragm estimated during engine operating conditions may be compared to a threshold distance to the diaphragm estimated under calibration conditions when the diaphragm is not deformed. In addition, as the estimated time difference decreases from the threshold, an estimated deformation of the diaphragm due to the manifold pressure may increase. Also, as the estimated distance to the diaphragm decreases, the deformation of the diaphragm may increase due to the manifold pressure.

Bei 518 kann der Krümmerdruck basierend auf der Verformung der Membran geschätzt werden. Die Krümmerdruckschätzung kann ferner basierend auf der geschätzten Temperatur der Membran (Td) angepasst werden. Beispielsweise kann bei einer gegebenen Temperatur dann, wenn die Verformung der Membran zunimmt, eine Schätzung des Krümmerdrucks, der auf die Membran ausgeübt wird, entsprechend steigen. Der Controller kann auf eine Nachschlagetabelle zurückgreifen, die als Funktion der Entfernung zu der Membran (oder der Laserzeitvorgabe) und der Membrantemperatur gespeichert ist, um den entsprechenden Krümmerdruck (MAP) zu bestimmen.at 518 the manifold pressure can be estimated based on the deformation of the membrane. The manifold pressure estimate may also be adjusted based on the estimated temperature of the diaphragm (Td). For example, at a given temperature, as the deformation of the diaphragm increases, an estimate of the manifold pressure applied to the diaphragm may increase accordingly. The controller may resort to a look-up table stored as a function of the distance to the diaphragm (or laser timing) and the diaphragm temperature to determine the corresponding manifold pressure (MAP).

Bei 520 kann bestimmt werden, ob der Krümmerdruck in einem gültigen Bereich liegt. Zum Beispiel kann ein erwarteter Krümmerdruck basierend auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen bestimmt werden. Wenn der geschätzte Krümmerdruck um mehr als einen Schwellenbetrag höher oder niedriger ist als der erwartete Druck, kann bestimmt werden, dass das Drucksignal ungültig ist. Wenn bei 524 bestimmt wird, dass das Drucksignal ungültig ist, umfasst das Verfahren ein Festlegen eines Fehlerstatus für eine verschlechterte Bereichsgenauigkeit (beispielsweise durch Festlegen eines Diagnosecodes). Zusätzlich kann der geschätzte (ungültige) Druck in dem Speicher des Controllers gespeichert werden, aber nicht zum Anpassen von Kraftmaschinenbetriebsparametern verwendet werden.at 520 can be determined whether the manifold pressure is within a valid range. For example, an expected manifold pressure may be determined based on engine operating conditions. If the estimated manifold pressure is higher or lower than the expected pressure by more than a threshold amount, it may be determined that the pressure signal is invalid. If at 524 it is determined that the pressure signal is invalid, the method includes determining an error status for degraded range accuracy (eg, by setting a diagnostic code). In addition, the estimated (invalid) pressure may be stored in the memory of the controller, but not used to adjust engine operating parameters.

Wenn bei 522 bestimmt wird, dass das Drucksignal gültig ist, umfasst das Verfahren ein Festlegen eines Status für gültigen Druck. Zusätzlich kann der geschätzte (gültige) Druck in dem Speicher des Controllers gespeichert werden. Bei 526 können ein oder mehrere Kraftmaschinenbetriebsparameter auf Grundlage des geschätzten Krümmerdrucks angepasst werden. Zum Beispiel kann das Anpassen ein Anpassen einer Einlassdrosselöffnung, ein Anpassen eines Ladeniveaus, ein Anpassen einer Menge an Abgasrückführung und/oder ein Anpassen einer Abgaskatalysatortemperatur als Antwort auf den geschätzten Krümmerdruck umfassen.If at 522 determining that the pressure signal is valid, the method includes determining a status for a valid pressure. In addition, the estimated (valid) pressure can be stored in the memory of the controller. at 526 For example, one or more engine operating parameters may be adjusted based on the estimated manifold pressure. For example, the adjusting may include adjusting an intake throttle opening, adjusting a charge level, adjusting an amount of exhaust gas recirculation, and / or adjusting an exhaust catalyst temperature in response to the estimated manifold pressure.

In noch weiteren Ausführungsformen kann der Auslasskrümmerdruck, der durch einen Laser-Druckgeber geschätzt wird, der an den Auslasskrümmer gekoppelt ist, gemeinsam mit Kraftmaschinenzündungs- und Positionszeitvorgabendaten genutzt werden, um Kraftstoffeinspritzvorrichtungen für ein Kraftmaschinensystem mit einzelnen Partikelfiltern (z. B. Benzinpartikelfiltern oder GPF), die in einzelnen Auslasskanälen eingesetzt sind, zu diagnostizieren. Ein Beispiel eines derartigen Kraftmaschinensystems ist unter Bezugnahme auf 6 bereitgestellt. Ein beispielhaftes Verfahren zum Angeben einer Kraftmaschinenfehlzündung und/oder einer Kraftstoffeinspritzvorrichtungsverschlechterung als Antwort auf die Laserimpulse, die nach Abprallen von einer Membran in einem Kraftmaschinenkrümmer empfangen werden, ist unter Bezugnahme auf 7 gezeigt.In still other embodiments, the exhaust manifold pressure estimated by a laser pressure transducer coupled to the exhaust manifold may be shared with engine ignition and position timing data to provide fuel injectors for an engine system having individual particulate filters (eg, gasoline particulate filters or GPF). diagnosed in individual outlet channels. An example of such an engine system is with reference to 6 provided. An exemplary method for indicating engine misfire and / or fuel injector degradation in response to the laser pulses received after rebound from a diaphragm in an engine manifold is described with reference to FIG 7 shown.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine Brennkraftmaschine 600 mit einzelnen Partikelfiltern 664A–D in Auslasskanälen 662A–D von Zylindern 648A–D der Kraftmaschine 600. Die vorliegende Anordnung der Kraftmaschine 600 ist mit vier Zylindern gezeigt. Jedoch kann eine Kraftmaschine mit einer anderen Anordnung (zum Beispiel mit mehr oder weniger Zylindern) verwendet werden. Weiterhin kann die Kraftmaschine 600 in einigen Ausführungsformen ein Beispiel für das Kraftmaschinensystem 8 von 1 sein. 6 shows a schematic representation of an example of an internal combustion engine 600 with individual particle filters 664A -D in exhaust ducts 662A -D of cylinders 648A -D the engine 600 , The present arrangement of the engine 600 is shown with four cylinders. However, an engine with a different arrangement (for example, with more or fewer cylinders) may be used. Furthermore, the engine can 600 an example of the engine system in some embodiments 8th from 1 be.

Wie in 6 gezeigt umfasst die Kraftmaschine 600 einen Kraftmaschineneinlasskrümmer 620 mit einem Lufteinlassdurchgang 622, der zu einem Luftfilter 624 führt. Eine Gasstrom-Steuervorrichtung (z. B. eine Einlassdrossel 626) kann dem Luftfilter 624 nachgeschaltet angeordnet sein, um die Luftdurchflussrate zu einem Kraftmaschinenblock 640 zu regulieren. Als Beispiel kann die Einlassdrossel 626 während eines Pedaltretens eine offene Drossel und während einer Pedalfreigabe eine geschlossene Drossel sein. Einlassluft kann an der Drossel 626 vorbei und in einen Verdichter 627 eines Turboladers strömen. Verdichtete Einlassluft kann durch einen Kraftmaschineneinlassdurchgang 630 zu Kraftmaschinenzylinder-Lufteinlassventilen 642A–D strömen. Als Beispiel können die Kraftmaschinenzylinder-Lufteinlassventile 642A–D den Gasdurchfluss zu den Kraftmaschinenzylindern 648A–D auf Grundlage einer Kraftmaschinendrehzahl, einer Kraftmaschinenlast und/oder eines AFR anpassen.As in 6 shown includes the engine 600 an engine intake manifold 620 with an air intake passage 622 that turns into an air filter 624 leads. A gas flow control device (eg, an intake throttle 626 ) can the air filter 624 be arranged downstream to increase the air flow rate to an engine block 640 to regulate. As an example, the intake throttle 626 during pedaling, an open throttle and a closed throttle during a pedal release. Intake air can be at the throttle 626 over and into a compressor 627 of a turbocharger. Compressed intake air may pass through an engine intake passage 630 to engine cylinder air intake valves 642A -D flow. As an example, the engine cylinder air intake valves 642A -D the gas flow to the engine cylinders 648A -D on the basis of an engine speed, an engine load and / or an AFR.

Die Abgasrückführung (AGR) kann von einer AGR-Leitung 670 durch ein AGR-Einlasssteuerventil 680 in einen Kraftmaschinen-AGR-Einlassdurchgang 632 und zu Kraftmaschinenzylinder-AGR-Einlassventilen 644A–D strömen. Wie in der vorliegenden Ausführungsform zu sehen ist, ist der Kraftmaschinenlufteinlassdurchgang 630 getrennt von dem Kraftmaschinen-AGR-Einlassdurchgang 632 und die beiden Gase können sich nicht vermischen, bevor sie ihre jeweiligen Kraftmaschinenzylinderventile erreichen. Jedoch können sich in anderen Ausführungsformen die beiden Gase vermischen und in einen einzelnen Durchgang strömen, der zu einem Steuerventil führt, das eine Gaseinlassmenge in einen Kraftmaschinenzylinder regelt. Obwohl ein Hochdruck-AGR-System (HD-AGR-System) gezeigt ist (beispielsweise dort, wo Abgas von einer Stelle, die der Turbine 629 des Turboladers vorgeschaltet ist, über die AGR-Leitung 670 zu einem Einlassdurchgang, der dem Verdichter 627 nachgeschaltet ist, strömt), ist zu beachten, dass zusätzliche oder alternative AGR-Anordnungen in der Kraftmaschine 600 enthalten sein können. Beispielsweise kann ein ND-AGR-System (z. B. dort, wo Abgas von einer Stelle, die der Turbine 629 nachgeschaltet ist, zu einem Einlassdurchgang, der dem Verdichter 627 vorgeschaltet ist, strömt) in einigen Beispielen in der Kraftmaschine 600 enthalten sein.Exhaust gas recirculation (EGR) may be from an EGR conduit 670 through an EGR inlet control valve 680 in an engine EGR intake passage 632 and engine cylinder EGR intake valves 644A -D flow. As can be seen in the present embodiment, the engine air intake passage is 630 separate from the engine EGR intake passage 632 and the two gases can not mix before reaching their respective engine cylinder valves. However, in other embodiments, the two gases may mix and flow into a single passage leading to a control valve that controls a gas intake into an engine cylinder. Although a high-pressure EGR system (HD-EGR system) is shown (for example, where exhaust from one point, that of the turbine 629 upstream of the turbocharger, via the EGR line 670 to an inlet passage of the compressor 627 it is important to note that additional or alternative EGR arrangements in the engine 600 may be included. For example, an LP EGR system (eg, where exhaust gas from a location that is the turbine 629 downstream of an inlet passage leading to the compressor 627 upstream) flows in some examples in the engine 600 be included.

Die Kraftmaschinenzylinder 648A–D, die in einem Kraftmaschinenblock 640 angeordnet sind, erhalten Kraftstoff jeweils aus Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 646A–D. Auslasskanäle 662A–D sind jeweils an einem ersten Ende mit den Kraftmaschinenzylindern 648A–D gekoppelt und verbinden sich an einem zweiten Ende 660, um einen Auslasskrümmerdurchgang 666 als Teil des Auslasskrümmers zu bilden. Abgas aus dem Auslasskrümmer 660 strömt wahlweise durch die AGR-Leitung 670 und/oder die Turbine 629. Abgas, das durch die Turbine 629 strömt, wird dann an eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen wie beispielsweise einen Dreiwegekatalysator (TWC) 672 geliefert. In typischen Abgassystemen kann ein einzelner, großer Partikelfilter einem TWC nachgeschaltet angeordnet sein. Wie in 2 gezeigt kann jeder der einzelnen Partikelfilter 664A–D in einem anderen der Auslasskanäle 662A–D der Kraftmaschinenzylinder 648A–D angeordnet sein. Daher strömt Abgas, das aus einem ersten Zylinder strömt, nur durch einen ersten Partikelfilter (beispielsweise strömt Abgas aus dem Zylinder 648A nur durch den Partikelfilter 664A). Mit anderen Worten empfängt ein Partikelfilter nur Abgase aus einem einzelnen Zylinder (z. B. empfängt der Partikelfilter 664A Abgas nur aus dem Zylinder 648A). Auf diese Weise können die mehreren einzelnen Partikelfilter, die kleiner als Partikelfilter, die in typischen Abgassystemen enthalten sind, sein können, in der Kraftmaschine 600 anstelle des einzelnen, großen Partikelfilters enthalten sein, der typischerweise in anderen Fahrzeugen dem TWC nachgeschaltet vorhanden ist. Es ist selbstverständlich, dass die einzelnen Partikelfilter, die in der Kraftmaschine 600 enthalten sind, in anderen Beispielen zusätzlich zu einem einzelnen, großen Partikelfilter hinter dem TWC enthalten sein können. Die Partikelfilter 664A–D können geeignetes Material zum Einfangen und/oder Entfernen von Partikeln aus dem Abgas, das die Filter passiert, umfassen.The engine cylinders 648A -D in an engine block 640 are arranged receive fuel from each fuel injectors 646A -D. exhaust ports 662A -D are each at a first end with the engine cylinders 648A -D coupled and connect at a second end 660 to an exhaust manifold passage 666 as part of the exhaust manifold. Exhaust from the exhaust manifold 660 optionally flows through the EGR line 670 and / or the turbine 629 , Exhaust gas flowing through the turbine 629 is then sent to one or more exhaust aftertreatment devices, such as a three-way catalyst (TWC). 672 delivered. In typical exhaust systems, a single, large particulate filter may be located downstream of a TWC. As in 2 Each of the individual particle filters can be shown 664A -D in another of the outlet channels 662A -D the engine cylinder 648A -D be arranged. Therefore, exhaust gas flowing out of a first cylinder flows only through a first particulate filter (for example, exhaust gas flows out of the cylinder 648A only through the particle filter 664A ). In other words, a particulate filter only receives exhaust gases from a single cylinder (eg, the particulate filter receives 664A Exhaust only from the cylinder 648A ). In this way, the plurality of individual particulate filters, which may be smaller than particulate filters included in typical exhaust systems, may be in the engine 600 instead of the single, large particulate filter typically present in other vehicles downstream of the TWC. It goes without saying that the individual particle filters used in the engine 600 may be included in other examples in addition to a single, large particulate filter behind the TWC. The particle filter 664A D may comprise suitable material for capturing and / or removing particles from the exhaust gas passing through the filters.

Ein einzelner Laser-Auslassdruckgeber 668 kann jedem der Auslasskanäle nachgeschaltet und der Turbine 629 vorgeschaltet angeordnet sein. Es ist jedoch selbstverständlich, dass andere Anordnungen von Nachbehandlungsvorrichtungen, Turbinen und Abgasdrucksensoren in anderen Beispielen der Kraftmaschine 600 enthalten sein können. Beispielsweise können einzelne Laser-Druckgeber in jedem Auslasskanal 662A–D dem TWC 672 und der Turbine 629 vorgeschaltet und innerhalb des Auslasskrümmers 660 jedem Partikelfilter (beispielsweise 664A–D) nachgeschaltet angeordnet sein. Das Abgas aus den Auslasskanälen der Zylinder wird in dem Auslasskrümmer 660 zusammengeführt. Das Abgas aus jedem Auslasskanal kann entweder zu der AGR-Leitung 670 oder zu dem TWC 672 strömen. Die AGR-Leitung 670 leitet Abgas in Richtung des AGR-Einlasssteuerventils 680. Der TWC 672 wandelt schädliche Abgasverbindungen in harmlosere Verbindungen um, bevor das Abgas in die Atmosphäre freigesetzt wird.A single laser outlet pressure transmitter 668 can be downstream of each of the exhaust ducts and the turbine 629 be arranged upstream. However, it will be understood that other arrangements of aftertreatment devices, turbines, and exhaust pressure sensors may be used in other examples of the engine 600 may be included. For example, individual laser pressure transmitters in each outlet channel 662A -D the TWC 672 and the turbine 629 upstream and inside the exhaust manifold 660 each particle filter (for example 664A D) be arranged downstream. The exhaust gas from the exhaust passages of the cylinders becomes in the exhaust manifold 660 merged. The exhaust gas from each exhaust passage may be either to the EGR passage 670 or to the TWC 672 stream. The EGR line 670 directs exhaust gas toward the EGR inlet control valve 680 , The TWC 672 converts harmful exhaust gas compounds into more harmless compounds before the exhaust gas is released into the atmosphere.

In dieser Anordnung kann der Auslass-Laser-Druckgeber 668 einen Druck des Abgases in dem Auslasskrümmer 660 messen. Der Drucksensor 668 kann den Druck des Abgases, das aus einem einzelnen Kraftmaschinenzylinder stammt, (z. B. Abgas, das aus dem Zylinder durch den zugeordneten Auslasskanal zu dem Auslasskrümmer strömt) auf Basis einer Brennzeit bestimmen. Die Brennzeit kann mit einem einzelnen Zylinderzündereignis korreliert werden, um dem einzelnen Zylinderzündereignis Druckmessungen zuzuordnen. Die Frequenz, mit der das Drucksensorsignal abgetastet wird, kann eine ausgewählte Frequenz sein und kann zeitgesteuert werden, um einzelnen Zylinderzündungsereignissen zu entsprechen. In einem Beispiel kann das Drucksensorsignal jedes Mal abgetastet werden, wenn der Controller ein Zündungsprofil-Aufnahmesignal (PIP-Signal) erhält. Das PIP-Signal kann von einem Kurbelwellensensor wie beispielsweise dem Hall-Effekt-Sensor 120 von 1 jedes Mal gesendet werden, wenn ein Zahn (oder fehlender Zahn) eines Rades, das mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, den Hall-Effekt-Sensor passiert. Da die Kurbelwellenposition mit jedem einzelnen Zylinderzündereignis korreliert ist, kann die Position genutzt werden, um zu bestimmen, welches einzelne Zylinderzündereignis der Drucksensorsignalmessung in der Abtastung, die bei dieser Kurbelwellenposition erfasst wird, entspricht.In this arrangement, the outlet laser pressure transducer 668 a pressure of the exhaust gas in the exhaust manifold 660 measure up. The pressure sensor 668 may determine the pressure of the exhaust gas originating from a single engine cylinder (eg, exhaust gas flowing out of the cylinder through the associated exhaust passage to the exhaust manifold) based on a combustion time. The firing time may be correlated with a single cylinder firing event to assign pressure measurements to the single cylinder firing event. The frequency at which the pressure sensor signal is sampled may be a selected frequency and may be timed to correspond to individual cylinder firing events. In one example, the pressure sensor signal may be sampled each time the controller receives a firing profile acquisition (PIP) signal. The PIP signal may be from a crankshaft sensor such as the Hall effect sensor 120 from 1 each time a tooth (or missing tooth) of a wheel coupled to the crankshaft passes the Hall effect sensor. Since the crankshaft position is correlated with each individual cylinder firing event, the position may be used to determine which single cylinder firing event corresponds to the pressure sensor signal measurement in the sweep sensed at that crankshaft position.

Die Einzelzylinder-Auslassdruckmessung stellt Informationen bereit, um Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 646A–D zu diagnostizieren, wie beispielsweise Fehlzündungsereignisse (wie in 7) sowie eine hohe Partikellast in den Partikelfiltern 664A–D. Weiterhin kann die Auslassdruckmessung verwendet werden, um Zylinder-Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichte während Schaltvorgängen zu diagnostizieren. Wenn der Drucksensor 668 beispielsweise bestimmt, dass die Auslassdruckamplitude für einen einzelnen Zylinder höher als ein erwarteter Auslassdruck vor einem Zündereignis für den Zylinder ist, dann kann bestimmt werden, dass der Zylinder fehlgezündet hat. Als ein weiteres Beispiel kann dann, wenn der Drucksensor 668 misst, dass die Auslassdruckamplitude für einen einzelnen Zylinder unter einer erwarteten Auslassdruckamplitude und/oder einer durchschnittlichen Auslassdruckamplitude liegt, bestimmt werden, dass die Partikellast des einzelnen Partikelfilters für diesen Zylinder höher ist als eine erwartete und/oder verträgliche Partikellast. Somit kann ein Controller basierend auf der Messung von dem Drucksensor 668 eine Regeneration des einzelnen Partikelfilters als Antwort auf die Diagnose von hoher Partikellast bei diesem Partikelfilter befehlen.The single cylinder exhaust pressure measurement provides information to fuel injectors 646A -D to diagnose, such as misfire events (as in 7 ) and a high particle load in the particle filters 664A -D. Further, the exhaust pressure measurement may be used to diagnose cylinder air / fuel imbalances during shifts. When the pressure sensor 668 For example, if it is determined that the exhaust pressure amplitude for a single cylinder is higher than an expected exhaust pressure prior to an ignition event for the cylinder, then it may be determined that the cylinder has misfired. As another example, if the pressure sensor 668 if the outlet pressure amplitude for a single cylinder is below an expected outlet pressure amplitude and / or an average outlet pressure amplitude, it is determined that the particulate load of the single particulate filter for that cylinder is higher than an expected and / or acceptable particulate load. Thus, a controller may be based on the measurement from the pressure sensor 668 command a regeneration of the single particulate filter in response to the high particulate load diagnosis on that particulate filter.

In dem oben beschriebenen Beispiel kann der erwartete Auslassdruck auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen wie etwa einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Zündfolge, einer Zündzeitvorgabe oder einem vorbestimmtem Wert, der als eine Funktion von Kraftmaschinenparametern wie etwa einer Luftmasse bestimmt wird, basieren. Ebenso kann der durchschnittliche Auslassdruck eine durchschnittliche Messung der Auslassdruckamplituden, die dem jeweiligen Zylinder zugeordnet sind, über einen bestimmten Zeitraum (beispielsweise eine ausgewählte Anzahl von Kraftmaschinenzyklen) sein.In the example described above, the expected exhaust pressure may be based on engine operating conditions, such as engine speed and spark timing, spark timing, or a predetermined value determined as a function of engine parameters, such as air mass. Likewise, the average exhaust pressure may be an average measurement of the exhaust pressure amplitudes associated with the respective cylinder over a particular period of time (eg, a selected number of engine cycles).

Als ein weiteres Beispiel kann als Antwort darauf, dass eine Messung der Auslassdruckamplitude für einen Zylinder unter einer Schwelle liegt, angegeben werden, dass eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die dem Zylinder zugeordnet ist, (beispielsweise die Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die Kraftstoff in diesen Zylinder einspritzt) verschlechtert ist. Als Antwort auf eine solche Bestimmung einer verschlechterten Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann eine Kraftmaschinenanpassung befohlen werden, um die Auswirkungen der verschlechterten Kraftstoffeinspritzvorrichtung (beispielsweise die erhöhte Partikellast an dem Partikelfilter, die aus der erhöhten Partikelausgabe aufgrund der verschlechterten Kraftstoffeinspritzvorrichtung resultiert) zu berücksichtigen. In einigen Ausführungsformen kann die Kraftmaschinenanpassung ein Verzögern der Zündzeitvorgabe umfassen, um die Zylindertemperatur zu erhöhen, um den Partikelfilter zu regenerieren und/oder die Kraftstoffeinspritzvorrichtung von Ablagerungen zu reinigen.As another example, in response to a measurement of the exhaust pressure amplitude for a cylinder being below a threshold, it may be indicated that a fuel injector associated with the cylinder (eg, the fuel injector, the fuel in FIG injecting this cylinder) is degraded. In response to such determination of a degraded fuel injector, engine adjustment may be commanded to account for the effects of the degraded fuel injector (eg, the increased particulate load on the particulate filter resulting from the increased particulate output due to the degraded fuel injector). In some embodiments, the engine adaptation may include delaying the ignition timing to increase the cylinder temperature to regenerate the particulate filter and / or clean the fuel injection device of deposits.

Unter Bezugnahme auf 7 ist ein beispielhaftes Verfahren 700 zum Identifizieren einer Verschlechterung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, einer Verschlechterung eines Einzelkanal-Partikelfilters und/oder einer Fehlzündung basierend auf einem Auslasskrümmerdruck, der von einem Auslass-Laser-Druckgeber geschätzt wird, bereitgestellt. Obwohl das Verfahren mit Bezug auf das Kraftmaschinensystem von 6 dargestellt ist, wird erkannt werden, dass das Verfahren in ähnlicher Weise auf andere Kraftmaschinensystemanordnungen angewendet werden kann.With reference to 7 is an exemplary process 700 for identifying a deterioration of a fuel injector, deterioration of a single channel particulate filter, and / or a misfire based on an exhaust manifold pressure estimated by an exhaust laser pressure transducer. Although the method with respect to the engine system of 6 It will be appreciated that the method may be similarly applied to other engine system arrangements.

Bei 702 umfasst das Verfahren ein Abrufen von Kraftmaschinenzündungs- und Positionszeitvorgabedaten. Dazu gehört ein Abrufen von Daten, die sich auf die Zeitvorgabe der Zündereignisse in jedem Kraftmaschinenzylinder sowie die Position eines Kolbens in jedem Zylinder beziehen. Mit anderen Worten kann bestimmt werden, in welchem Takt jeder Zylinders ist, und ferner bestimmt werden, ob ein Zündereignis in einem bestimmten Kraftmaschinenzylinder eingetreten ist oder nicht.at 702 The method includes retrieving engine firing and position timing data. This includes retrieving data relating to the timing of the firing events in each engine cylinder and the position of a piston in each cylinder. In other words, it can be determined what stroke each cylinder is in, and whether or not an ignition event has occurred in a particular engine cylinder.

Bei 704 umfasst das Verfahren ein Schätzen eines Auslasskrümmerdrucks basierend auf Laserimpulsen, die von einem Inneren einer Membran eines Auslass-Laser-Druckgebers (wie etwa des Messgebers 108 von 1 oder des Sensors 668 von 6) abprallen. Wie unter Bezugnahme auf 5 ausgeführt kann das Messen des Auslasskrümmerdrucks ein Emittieren eines Laserimpulses aus dem Diodenlaser, der auf der Membran montiert ist, in das Innere der Membran und dann ein Detektieren eines Laserimpulses, der aus dem Inneren der Membran reflektiert wird, an einem Detektor, der auch auf der Membran montiert ist, umfassen. Ein Abstand von dem Laser zu der Membran wird dann basierend auf einer Zeit, die zwischen dem Emittieren des Laserimpulses und der Detektion des reflektierten Impulses verstrichen ist, geschätzt. Der Abstand wird mit einer Schwelle verglichen, um das Ausmaß der Auslenkung oder der Verformung der Membran, die durch den Krümmerdruck entsteht, der eine Kraft auf die Membran ausübt, zu bestimmen. Eine Krümmerdruckschätzung wird dann basierend auf dem Abstand (oder der Auslenkung) berechnet. Die Krümmerdruckschätzung basiert ferner auf einer Temperatur der Membran, wie sie von einem thermischen Sensor, der auf der Membran montiert ist, geschätzt wird, wobei der thermische Sensor Infrarotstrahlung aus dem Inneren der Membran empfängt.at 704 The method includes estimating an exhaust manifold pressure based on laser pulses coming from an interior of a membrane of an exhaust laser pressure transducer (such as the transducer 108 from 1 or the sensor 668 from 6 ) bounce off. As with reference to 5 For example, measuring the exhaust manifold pressure may include emitting a laser pulse from the diode laser mounted on the membrane into the interior of the membrane and then detecting a laser pulse reflected from the interior of the membrane at a detector also on the detector Membrane is mounted, include. A distance from the laser to the diaphragm is then estimated based on a time elapsed between the emission of the laser pulse and the detection of the reflected pulse. The distance is compared to a threshold to determine the amount of deflection or deformation of the membrane resulting from the manifold pressure exerting a force on the diaphragm. A manifold pressure estimate is then calculated based on the distance (or displacement). The manifold pressure estimation is further based on a temperature of the membrane as estimated by a thermal sensor mounted on the membrane, the thermal sensor receiving infrared radiation from inside the membrane.

Das Messen des Auslassdrucks kann Folgendes umfassen: Vornehmen einer Abtastung der Auslassdruckmessung, die für jeden Zylinder zeitgesteuert wird. In einem Beispiel kann dasselbe für jeden Ausstoßtakt des Zylinders zeitgesteuert sein. Somit kann jede Abtastung einen oder mehrere Druckimpulse umfassen, die einer Abgasausgabe aus einem bestimmten Zylinder zugeordnet sind. An sich können die Auslassdruckmessungen, die mittels des Laser-Druckgebers geschätzt werden, kontinuierlich erfasst werden (beispielsweise derart, dass ein ununterbrochenes Signal aus dem Auslassdrucksensor während des Betriebs ausgegeben wird, wobei die Abtastung ein ausgewählter Teil der Signalausgabe aus dem Sensor ist) oder können nur während der Abtastzeit erfasst werden. Das Auslassdruckprofil (beispielsweise die Amplituden der Druckimpulse in einer Auslassdruckamplituden-Messabtastung) kann einem einzelnen Zylinder basierend auf dem Vergleich der Abtastzeit und/oder der Zeit, zu der die Druckimpulse relativ zu einem Zündzeitpunkt für jeden Zylinder aufgetreten sind, zugeordnet werden. Da die Auslassdruckimpulse (beispielsweise die Spitzenwerte in einem Auslassdrucksensorsignal) infolge davon auftreten können, dass Abgas aus einem einzelnen Zylinder während des Ausstoßtakts dieses Zylinders in den Auslasskrümmer gelangt, kann eine Auslassdruckmessung, die zu einer ausgewählten Zeit vorgenommen wird, dem einzelnen Zylinder zugeordnet werden, der den Auslassdruckimpuls zu der Zeit verursacht.The measuring of the outlet pressure may include: taking a sample of the outlet pressure measurement timed for each cylinder. In one example, it may be timed for each exhaust stroke of the cylinder. Thus, each sample may include one or more pressure pulses associated with exhaust output from a particular cylinder. As such, the exhaust pressure measurements estimated by the laser pressure transducer may be continuously detected (eg, such that an uninterrupted signal is output from the exhaust pressure sensor during operation, where the sample is a selected portion of the signal output from the sensor) only be detected during the sampling time. The exhaust pressure profile (eg, the amplitudes of the pressure pulses in an exhaust pressure amplitude measurement scan) may be associated with a single cylinder based on the comparison of the sampling time and / or the time at which the pressure pulses occurred relative to an ignition timing for each cylinder. Since the exhaust pressure pulses (eg, the peak values in an exhaust pressure sensor signal) may occur due to exhaust from a single cylinder entering the exhaust manifold during the exhaust stroke of that cylinder, exhaust pressure measurement taken at a selected time may be associated with the individual cylinder. which causes the outlet pressure pulse at the time.

Bei 706 umfasst das Verfahren ein Vergleichen des erzeugten/geschätzten Auslassdruckprofils mit einem erwarteten Druckprofil, das Profile von Auslassdruckspitzen für jeden Zylinder enthält. Das erwartete Profil kann auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen einschließlich der Zündreihenfolge von jedem Zylinder beruhen. In alternativen Beispielen kann das geschätzte Auslassdruckprofil (beispielsweise die Amplitude der Auslassdruckspitzen) mit einer Schwelle verglichen werden. Die Schwelle kann auf einer erwarteten Auslassdruckamplitude basieren und kann ein Sicherheitsband enthalten (beispielsweise einen Bereich von Auslassdruckwerten, wobei der höchste Auslassdruckwert der oberste Rand des Sicherheitsbands ist und der niedrigste Auslassdruckwert der unterste Rand des Sicherheitsbands ist).at 706 The method includes comparing the generated / estimated exhaust pressure profile to an expected pressure profile including exhaust pressure peak profiles for each cylinder. The expected profile may be based on engine operating conditions including the firing order of each cylinder. In alternative examples, the estimated outlet pressure profile (eg, the amplitude of the outlet pressure peaks) may be compared to a threshold. The threshold may be based on an expected outlet pressure amplitude and may include a guard band (eg, a range of outlet pressure values, where the highest outlet pressure value is the top edge of the guard band and the lowest outlet pressure value is the bottom edge of the guard band).

Bei 708 kann bestimmt werden, ob das gemessene Auslassdruckprofil gleich (oder innerhalb eines Schwellenabstands von) dem erwarteten Auslassdruckprofil ist. Wenn ja, dann umfasst das Verfahren bei 710 ein Angeben, dass es keine Verschlechterung der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen oder Partikelfilter (in die Kanäle eingekoppelt) gibt. Darüber hinaus kann angegeben werden, dass keine Fehlzündung vorliegt. at 708 For example, it may be determined whether the measured outlet pressure profile is equal to (or within a threshold distance of) the expected outlet pressure profile. If yes, then the procedure includes 710 indicating that there is no deterioration of the fuel injectors or particulate filters (injected into the channels). In addition, it can be stated that there is no misfire.

Wenn es eine Abweichung zwischen dem gemessenen Profil und dem erwarteten Profil gibt, dann kann der Controller bei 712 basierend auf der Abweichung des gemessenen Profils von dem erwarteten Profil eine Kraftstoffeinspritzvorrichtungsverschlechterung, eine Partikelfilterverschlechterung und/oder ein Fehlzündungsereignis identifizieren. Beispielsweise kann der Controller bei 713 ein Fehlzündungsereignis basierend darauf angeben, dass der gemessene Auslassdruck für einen einzelnen Zylinder viel niedriger als ein erwarteter Auslassdruck (beispielsweise um mehr als eine Schwellendifferenz niedriger als der erwartete Auslassdruck) für den gegebenen Zylinder nach einem Zündereignis für den gegebenen Zylinder ist. Auf diese Weise kann ein Controller dann, wenn der Krümmerdruck, der durch den Laser-Druckgeber geschätzt wird, ein Auslassdruck ist, eine Zylinderfehlzündung basierend auf dem geschätzten Krümmerdruck und ferner basierend auf einer Zylinderzündzeitvorgabe angeben.If there is a deviation between the measured profile and the expected profile, then the controller can 712 identify fuel injector degradation, particulate filter deterioration and / or misfire event based on the deviation of the measured profile from the expected profile. For example, the controller may be at 713 indicate a misfire event based on the measured exhaust pressure for a single cylinder being much lower than an expected exhaust pressure (eg, more than a threshold difference lower than the expected exhaust pressure) for the given cylinder after a firing event for the given cylinder. In this way, when the manifold pressure estimated by the laser transducer is an exhaust pressure, a controller may indicate a cylinder misfire based on the estimated manifold pressure and further based on a cylinder firing timing.

Als weiteres Beispiel kann der Controller bei 714 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtungsverschlechterung basierend auf dem gemessenen Auslassdruck für einen gegebenen Zylinder, der aufgrund der reduzierten Zufuhr von Kraftstoff in den Zylinder niedriger als eine Schwelle ist, angeben. Auf diese Weise kann ein Controller dann, wenn der Krümmerdruck, der durch den Lader-Druckgeber geschätzt wird, ein Auslassdruck ist, eine Verschlechterung einer Zylinder-Kraftstoffeinspritzvorrichtung basierend auf dem geschätzten Krümmerdruck relativ zu einer Kraftmaschinenzündzeitvorgabe angeben.As another example, the controller may be included 714 indicate a fuel injector degradation based on the measured exhaust pressure for a given cylinder, which is lower than a threshold due to the reduced supply of fuel to the cylinder. In this way, when the manifold pressure estimated by the supercharger pressure transducer is an exhaust pressure, a controller may indicate a degradation of a cylinder fuel injector based on the estimated manifold pressure relative to an engine firing timing.

Als noch ein weiteres Beispiel kann der Controller bei 715 eine Partikelfilterverschlechterung basierend darauf angeben, dass der gemessene Auslassdruck für einen gegebenen Zylinder niedriger ist als der entsprechende erwartete Auslassdruck.As yet another example, the controller may be included 715 indicate particulate filter degradation based on the measured outlet pressure for a given cylinder being lower than the corresponding expected outlet pressure.

Auf diese Weise kann eine Verschlechterung von einer oder mehreren Kraftmaschinenkomponenten (einschließlich der Identität eines Zylinders, in dem die Komponente verschlechtert ist) auf Grundlage eines Krümmerdrucks, der von einem Laser-Druckgeber geschätzt wird, und ferner basierend auf einer Amplitude des geschätzten Krümmerdrucks relativ zu Zylinderkolbenpositionen (die angeben, in welchem Takt der Zylinder ist) sowie einer Zylinderzündzeitvorgabe (die angibt, wann ein Zylinderzündereignis eintritt) identifiziert werden.In this way, degradation of one or more engine components (including the identity of a cylinder in which the component is degraded) may be based on a manifold pressure estimated by a laser transducer and further based on an amplitude of the estimated manifold pressure relative to Cylinder piston positions (indicating what stroke the cylinder is in) and a cylinder firing timing (indicating when a cylinder firing event occurs) are identified.

Zum Beispiel kann ein Controller dazu ausgelegt sein, ein Verfahren für eine Kraftmaschine durchzuführen, das Folgendes umfasst: Emittieren von Laserimpulsen in eine Membran, die mit einem Kraftmaschinenkrümmer gekoppelt ist, aus einem Laser, der auf der Membran montiert ist; Empfangen von Laserimpulsen nach einer Reflexion aus einem Inneren der Membran an einem Detektor, der an der Membran montiert ist; Schätzen eines Abstands zu der Membran basierend auf einer Dauer, die zwischen dem Emittieren und dem Empfangen verstrichen ist; und Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebs auf der Basis des geschätzten Abstands. Das Verfahren kann ferner umfassen: Empfangen von Infrarotstrahlung aus dem Inneren der Membran an einem thermischen Sensor, der an der Membran montiert ist, und Schätzen einer Temperatur der Membran basierend auf der empfangenen Infrarotstrahlung. Hierbei umfasst das Anpassen ein Schätzen eines Krümmerdrucks basierend auf dem geschätzten Abstand und ferner basierend auf der geschätzten Temperatur der Membran und ein Anpassen des Kraftmaschinenbetriebs basierend auf dem geschätzten Krümmerdruck, wobei der geschätzte Krümmerdruck bei einer gegebenen Temperatur steigt, wenn der geschätzte Abstand zu der Membran steigt. Der Laser, der Detektor und der thermische Sensor sind jeweils an der Oberseite der Membran montiert und die emittierten Laserimpulse werden von der Oberseite der Membran in das Innere der Membran emittiert, während die reflektierten Impulse von einer Unterseite der Membran zu dem Detektor an der Oberseite der Membran reflektiert werden. Der Abstand zu der Membran kann einen Abstand von dem Laser zu der Unterseite der Membran umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Angeben einer Zylinderfehlzündung basierend auf dem geschätzten Krümmerdruck und ferner basierend auf einer Zylinderzündzeitvorgabe umfassen.For example, a controller may be configured to perform a method for an engine, comprising: emitting laser pulses into a diaphragm coupled to an engine manifold, from a laser mounted on the diaphragm; Receiving laser pulses after reflection from an interior of the membrane to a detector mounted to the membrane; Estimating a distance to the membrane based on a duration that has elapsed between the emitting and the receiving; and adjusting engine operation based on the estimated distance. The method may further include receiving infrared radiation from the interior of the membrane at a thermal sensor mounted on the membrane and estimating a temperature of the membrane based on the received infrared radiation. Here, the adjusting includes estimating a manifold pressure based on the estimated distance and further based on the estimated temperature of the diaphragm and adjusting the engine operation based on the estimated manifold pressure, wherein the estimated manifold pressure at a given temperature increases as the estimated distance to the diaphragm increases. The laser, detector and thermal sensor are each mounted at the top of the membrane and the emitted laser pulses are emitted from the top of the membrane into the interior of the membrane, while the reflected pulses from a bottom of the membrane to the detector at the top of the membrane Membrane to be reflected. The distance to the membrane may include a distance from the laser to the underside of the membrane. The method may further include indicating cylinder misfire based on the estimated manifold pressure and further based on cylinder firing timing.

In einem weiteren Beispiel umfasst ein Fahrzeugsystem eine Kraftmaschine, die Folgendes umfasst: einen Auslasskrümmer; eine Membran, die in den Auslasskrümmer gegossen ist, wobei eine Oberseite der Membran mit dem Auslasskrümmer gekoppelt ist und eine Unterseite der Membran in einem Auslasskanal des Auslasskrümmers angeordnet ist; einen Diodenlaser und einen Laserdetektor, die auf der Oberseite der Membran montiert sind; einen thermischen Sensor, der an der Oberseite der Membran zum Erfassen von Infrarotstrahlung innerhalb der Membran montiert ist; und einen Controller. Der Controller kann mit computerlesbaren Befehlen ausgestattet sein, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, um den Laser für Folgendes zu betreiben: Emittieren von Laserimpulsen zu einem Inneren der Membran; Detektieren von Laserimpulsen, die von der Unterseite der Membran reflektiert werden, an dem Detektor; und Schätzen eines Krümmerdrucks basierend auf einer Dauer, die zwischen einem Emittieren eines Laserimpulses und einem Detektieren eines reflektierten Impulses verstreicht. Ferner kann der Controller dazu ausgelegt ist, einen Kraftmaschinenbetriebsparameter basierend auf dem geschätzten Krümmerdruck anzupassen. Die Kraftmaschine kann ferner eine Einlassdrossel und einen Turbolader umfassen, so dass das Anpassen ein Erhöhen einer Öffnung der Einlassdrossel und/oder ein Erhöhen einer Ausgabe des Turboladers umfasst, wenn der geschätzte Krümmerdruck unter eine Schwelle fällt. Die verstrichene Dauer zwischen dem Emittieren des Laserimpulses und dem Detektieren des reflektierten Impulses kann eine erste Dauer sein, die unter einer Kraftmaschinenlaufbedingung geschätzt wird, und der Controller kann ferner Befehle für Folgendes umfassen: Vergleichen der ersten Dauer mit einer Schwelle, wobei die Schwelle auf einer zweiten Dauer basiert, die zwischen dem Emittieren des Laserimpulses und dem Detektieren des reflektierten Impulses unter einer Kraftmaschinenkalibrierungsbedingung verstrichen ist, wobei die Membran unter der Kraftmaschinenkalibrierungsbedingung überhaupt nicht verformt ist. Mit anderen Worten wird die zweite Dauer als Referenz verwendet. Der Controller kann noch weitere Befehle für Folgendes umfassen: Schätzen einer Temperatur der Membran basierend auf einer Ausgabe des thermischen Sensors, wobei der geschätzte Krümmerdruck basierend auf der Ausgabe des thermischen Sensors angepasst wird.In another example, a vehicle system includes an engine comprising: an exhaust manifold; a diaphragm molded into the exhaust manifold, wherein an upper surface of the diaphragm is coupled to the exhaust manifold and an underside of the diaphragm is disposed in an exhaust passage of the exhaust manifold; a diode laser and a laser detector mounted on top of the diaphragm; a thermal sensor mounted at the top of the membrane for detecting infrared radiation within the membrane; and a controller. The controller may be provided with computer readable instructions stored on a nonvolatile memory to operate the laser for: emitting laser pulses to an interior of the membrane; Detecting laser pulses coming from the bottom of the diaphragm be reflected at the detector; and estimating a manifold pressure based on a duration that elapses between emitting a laser pulse and detecting a reflected pulse. Further, the controller may be configured to adjust an engine operating parameter based on the estimated manifold pressure. The engine may further include an intake throttle and a turbocharger such that the adjusting includes increasing an opening of the intake throttle and / or increasing an output of the turbocharger when the estimated manifold pressure falls below a threshold. The elapsed time between emitting the laser pulse and detecting the reflected pulse may be a first duration estimated under an engine running condition, and the controller may further include instructions for: comparing the first duration to a threshold, wherein the threshold is at a threshold second duration, which has elapsed between the emission of the laser pulse and the detection of the reflected pulse under an engine calibration condition, wherein the diaphragm is not deformed at all under the engine calibration condition. In other words, the second duration is used as a reference. The controller may include other commands for estimating a temperature of the membrane based on an output of the thermal sensor, wherein the estimated manifold pressure is adjusted based on the output of the thermal sensor.

Es versteht sich, dass, obwohl der oben diskutierte Laser-Druckgeber als ein (Einlassoder Auslass-)Krümmerdruckgeber einer Kraftmaschine dargestellt ist, dies nicht einschränkend sein soll und der Laser-Druckgeber ebenso an alternativen Stellen für die Druckerfassung verwendet werden kann. Zum Beispiel kann der Laser-Druckgeber in einer alternativen Darstellung zum Schätzen eines Zylinderinnendrucks mit einem Kraftmaschinenzylinder gekoppelt sein. Dabei kann eine Stahlauskleidung eine Membranfläche oberhalb einer Kolbenwegzone umfassen. Das Laserschaltungsgehäuse kann dann auf der Rückseite der Kolbenwegzone montiert sein. Ein Controller kann den Kraftmaschinenbetrieb als Antwort auf Laserimpulse anpassen, die nach Abprallen von einer Membran empfangen werden, die mit dem Zylinder gekoppelt ist (beispielsweise in den Zylinder eingekoppelt ist). Die Membran kann innerhalb des Zylinders über einer Kolbenwegzone gegossen oder geprägt sein. Als ein Beispiel kann ein Kraftmaschinencontroller zu Folgendem ausgelegt sein Emittieren von Laserimpulsen in eine Membran, die mit einer Innenseite eines Kraftmaschinenzylinders gekoppelt ist, aus einem Laser, der auf der Membran montiert ist; Empfangen von Laserimpulsen nach der Reflexion aus einem Inneren der Membran an einem Detektor, der an der Membran montiert ist; Schätzen einer Verformung der Membran basierend auf einer Dauer, die zwischen dem Emittieren und dem Empfangen verstrichen ist; und Schätzen eines Zylinderinnendrucks auf der Basis der geschätzten Verformung. In einer weiteren Darstellung kann ein Controller einen Laser, der auf einem Laser-Druckgeber montiert ist, wobei der Messgeber eine Membran aufweist, die mit einer Brennkammer verbunden ist, einen Abstand von dem Laser zu einer unteren Fläche der Membran bestimmen. Der Laser kann einen Laserimpuls in das Innere (z. B. auf die Unterseite) der Membran emittieren. Ein Laserdetektor kann zudem mit der Membran gekoppelt sein und dazu ausgelegt sein, eine Reflexion des emittierten Laserimpulses nach der Reflexion aus dem Inneren der Membran zu detektieren. Basierend auf einer Zeit, die zwischen der Emission des Laserimpulses und der Detektion des Laserimpulses verstrichen ist, kann ein Abstand von dem Laser zu der unteren Membranoberfläche geschätzt werden. Ein Zylinderinnendruck kann dann auf Grundlage des geschätzten Abstands bestimmt werden. Der Zylinderinnendruck kann ferner auf der Basis einer Zylinderinnentemperaturschätzung angepasst werden. Ein thermischer Sensor kann zudem mit der Membran gekoppelt sein und kann dazu ausgelegt sein, aus dem Inneren der Membran empfangene Infrarotstrahlung zu detektieren. Ein Kraftmaschinencontroller kann den Zylinderinnendruck basierend auf jeweils dem geschätzten Abstand und der geschätzten Zylinderinnentemperatur (z. B. durch Zurückgreifen auf eine Nachschlagetabelle) schätzen. Ein oder mehrere Betriebsparameter der Kraftmaschine wie beispielsweise eine Kraftstoffzufuhr (Kraftstoffzufuhrmenge oder -zeitvorgabe), ein Zündzeitpunkt, eine Einlassdrosselöffnung und ein Ladedruck können dann auf Grundlage des bestimmten Zylinderinnendrucks angepasst werden.It should be understood that although the laser pressure transducer discussed above is shown as an engine intake manifold (intake or exhaust) manifold, this is not intended to be limiting and the laser pressure transducer may also be used in alternative locations for pressure sensing. For example, in an alternative illustration, the laser pressure transducer may be coupled to an engine cylinder to estimate in-cylinder pressure. In this case, a steel lining may comprise a membrane surface above a piston path zone. The laser circuit housing may then be mounted on the back of the piston path zone. A controller may adjust engine operation in response to laser pulses received after rebound from a diaphragm coupled to the cylinder (eg, coupled into the cylinder). The membrane may be cast or embossed within the cylinder above a piston travel zone. As an example, an engine controller may be configured to emit laser pulses into a diaphragm coupled to an inside of an engine cylinder from a laser mounted on the diaphragm; Receiving, after reflection, laser pulses from an interior of the membrane to a detector mounted to the membrane; Estimating a deformation of the membrane based on a duration that has elapsed between the emitting and the receiving; and estimating an in-cylinder pressure based on the estimated deformation. In another illustration, a controller may determine a laser mounted on a laser transducer, the transducer having a diaphragm connected to a combustion chamber, defining a distance from the laser to a bottom surface of the diaphragm. The laser may emit a laser pulse into the interior (eg, bottom) of the membrane. A laser detector may also be coupled to the membrane and configured to detect a reflection of the emitted laser pulse after reflection from the interior of the membrane. Based on a time elapsed between the emission of the laser pulse and the detection of the laser pulse, a distance from the laser to the lower membrane surface can be estimated. An in-cylinder pressure may then be determined based on the estimated distance. The in-cylinder pressure may be further adjusted based on an in-cylinder temperature estimate. A thermal sensor may also be coupled to the membrane and may be configured to detect infrared radiation received from the interior of the membrane. An engine controller may estimate the in-cylinder pressure based on each of the estimated distance and the estimated in-cylinder temperature (eg, by referencing a look-up table). One or more engine operating parameters such as fueling (fueling amount or timing), spark timing, intake throttle opening, and boost pressure may then be adjusted based on the determined in-cylinder pressure.

Es versteht sich, dass in noch weiteren Darstellungen der oben diskutierte Laser-Druckgeber für die Fernmessung von Druck aus einem Abstand mittels des Lasers und von thermischen Sensoren an einem gesteuerten Bereich eines Druckbehälters eingesetzt werden kann. An sich kann dies vorteilhaft verwendet werden, um extrem heiße oder kalte Zylinder wie etwa in einem Atomreaktor zu messen. Die Fernerfassung (einschließlich durch ein Fenster) kann es ermöglichen, Druck in Bereichen zu messen, in denen ein direkter Kontakt nicht möglich oder nicht praktikabel ist, wie etwa auf der Außenseite eines Überschallfahrzeugs oder in einer schwierigen EMV-Umgebung.It will be understood that in yet other illustrations, the laser pressure transmitter discussed above may be used for telemetering pressure remotely by means of the laser and thermal sensors on a controlled area of a pressure vessel. As such, this can be used to advantage to measure extremely hot or cold cylinders, such as in an atomic reactor. Remote sensing (including through a window) may allow pressure to be measured in areas where direct contact is impractical or impractical, such as on the outside of a supersonic vehicle or in a severe EMC environment.

Um die Ferndruckmessung unter Verwendung eines Laser-Druckgebers zu ermöglichen, kann das Messgebersystem einen Laser, einen Detektor und einen IR-Sensor zum Betrachten einer Membran aus der Ferne von der Außenseite eines Druckbehälters umfassen. Für einen festen Abstand und eine feste relative Lage kann der Laseraufbau der gleiche sein wie der mit Bezug auf den Krümmer-Druckgeber oben diskutierte. Dabei kann die Membranauslenkung einem Druck des Druckbehälters zugeordnet werden. Für eine Relativbewegung mit einer Ebene, beispielsweise für eine sich bewegende Stelle des Körpers mit der Membran relativ zu dem Laser/Detektor, kann der Laser Ziele an dem rechten und dem linken Rand der Membran in der Ebene der Bewegung beleuchten und dann kann ihr Abstand gemessen werden. Dazu können zwei zusätzliche Laser erforderlich sein. Der Durchschnitt der Abstände der zwei Ziele kann verwendet werden, um eine "Nulldruck"-Auslenkung der Membran zu erstellen. Die Membranauslenkung kann dann als der gemessene Membranabstand abzüglich des "Nulldruck"-Auslenkungsabstands bestimmt werden. Die Auslenkung wird dann dem Druck zugeordnet.To facilitate remote pressure measurement using a laser transducer, the transmitter system may include a laser, a detector and an IR sensor for remotely viewing a diaphragm from the outside of a pressure vessel. For a fixed distance and a fixed relative position, the laser structure of the same as the one discussed above with respect to the manifold pressure transducer. In this case, the diaphragm deflection can be assigned to a pressure of the pressure vessel. For a relative movement with a plane, for example for a moving body of the body with the diaphragm relative to the laser / detector, the laser can illuminate targets on the right and left edges of the diaphragm in the plane of movement and then their distance can be measured become. This may require two additional lasers. The average of the distances of the two targets can be used to create a "zero pressure" deflection of the membrane. The diaphragm displacement may then be determined as the measured diaphragm spacing minus the "zero pressure" displacement distance. The deflection is then assigned to the pressure.

Für eine relative Bewegung im dreidimensionalen Raum wie etwa für einen sich bewegenden Ort des Körpers mit der Membran relativ zu dem Laser/Detektor können Ziele an dem rechten, linken, oberen und unteren Rand der Membran festgelegt werden, die ausgewählten Ziele durch den Laser beleuchtet werden und ihre Abstände gemessen werden. Dies kann bis zu vier zusätzliche Laser erfordern. Der Durchschnitt der Abstände der vier Ziele kann verwendet werden, um die "Nulldruck"-Auslenkung der Membran zu erstellen. Die Membranauslenkung kann dann als der gemessene Membranabstand abzüglich des "Nulldruck"-Auslenkungsabstands bestimmt werden. Die Auslenkung wird dann dem Druck zugeordnet.For relative movement in three-dimensional space, such as for a moving location of the body with the diaphragm relative to the laser / detector, targets may be established at the right, left, top and bottom edges of the diaphragm, the selected targets being illuminated by the laser and their distances are measured. This may require up to four additional lasers. The average of the distances of the four targets can be used to create the "zero pressure" deflection of the membrane. The diaphragm displacement may then be determined as the measured diaphragm spacing minus the "zero pressure" displacement distance. The deflection is then assigned to the pressure.

Auf diese Weise kann der Krümmerdruck genau und kostengünstig geschätzt werden, indem ein Laser-Druckgeber eingesetzt wird, der eine druckempfindliche Membran aufweist. Unter Verwendung eines Lasers zum Korrelieren der Auslenkung einer Membran, die mit einem Kraftmaschinenkrümmer gekoppelt ist, mit dem Krümmerdruck kann die Zuverlässigkeit der Krümmerdruckschätzung erhöht werden. Durch Koppeln der Laseremitter und des Detektors mit dem abgedichteten inneren Hohlraum der Membran wird die Sensorschaltung geschützt.In this way, the manifold pressure can be accurately and inexpensively estimated by employing a laser pressure transducer having a pressure sensitive membrane. Using a laser to correlate the deflection of a diaphragm coupled to an engine manifold with the manifold pressure, the reliability of manifold pressure estimation can be increased. By coupling the laser emitters and the detector to the sealed internal cavity of the membrane, the sensor circuit is protected.

Auf diese Weise kann ein kostengünstigerer Krümmerdruckgeber/-sensor bereitgestellt werden, ohne die Genauigkeit oder Zuverlässigkeit des Sensors zu beeinträchtigen. Durch Verwenden von Lasern, Detektoren und thermischen Sensoren, die mit einer abgedichteten Membran gekoppelt sind, kann der Kontakt der Sensorschaltung mit korrosiven Flüssigkeiten und hohen Temperaturen verringert werden. Somit verbessern sich die Haltbarkeit und die Lebensdauer des Drucksensors und zugleich werden Kraftmaschinengarantieprobleme, die mit einem verschlechterten Drucksensor verbunden sind, reduziert. Durch Verwenden eines zuverlässigeren und langlebigeren Krümmerdrucksensors für die Kraftmaschinensteuerung können die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und das Kraftmaschinenleistungsvermögen verbessert werden.In this way, a lower cost manifold pressure transducer / sensor can be provided without compromising the accuracy or reliability of the sensor. By using lasers, detectors, and thermal sensors coupled to a sealed membrane, contact of the sensor circuit with corrosive liquids and high temperatures can be reduced. Thus, the durability and durability of the pressure sensor improve, and at the same time, engine warranty problems associated with a degraded pressure sensor are reduced. By using a more reliable and more durable manifold pressure sensor for engine control, fuel economy and engine performance can be improved.

Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemanordnungen verwendbar sind. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Befehle in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und können durch das Steuersystem, das den Controller in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Kraftmaschinenhardware umfasst, ausgeführt werden. Die spezifischen Routinen, die hier beschrieben sind, können eine oder mehrere von einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie z. B. einer ereignisgesteuerten Strategie, einer unterbrechungsgesteuerten Strategie, Mehrprozessbetrieb, Mehrsträngigkeit und dergleichen darstellen. Daher können verschiedene Vorgänge, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen auch weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern dient lediglich zur Erleichterung der Darstellung und Beschreibung. Eine oder mehrere der dargestellten Vorgänge, Operationen und/oder Funktionen können abhängig von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Vorgänge, Operationen und/oder Funktionen graphisch einen Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Kraftmaschinensteuerungssystem programmiert werden soll, wobei die beschriebenen Vorgänge durch Ausführen der Befehle in einem System, das verschiedene Hardwarekomponenten in Kombination mit dem elektronischen Controller umfasst, durchgeführt werden. It should be appreciated that the example control and estimation routines included herein may be used with various engine and / or vehicle system arrangements. The control methods and routines disclosed herein may be stored as executable instructions in nonvolatile memory and may be executed by the control system that includes the controller in combination with the various sensors, actuators, and other engine hardware. The specific routines described herein may include one or more of any number of processing strategies, such as processing. As an event-driven strategy, an interrupt-driven strategy, multi-process operation, multi-strandedness and the like. Therefore, various operations, operations, and / or functions may be performed in the illustrated sequence or in parallel, or in some cases omitted. Likewise, the processing order is not necessarily required to achieve the features and advantages of the embodiments described herein, but is merely for ease of illustration and description. One or more of the illustrated acts, operations and / or functions may be repeatedly performed depending on the particular strategy used. Further, the described acts, operations, and / or functions may graphically represent code to be programmed into a nonvolatile memory of the computer readable storage medium in the engine control system, wherein the described operations are accomplished by executing the instructions in a system employing various hardware components in combination with the system electronic controller includes.

Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhaft sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die obige Technologie ist zum Beispiel auf V6-, I4-, I6-, I3-, V12-, Boxer-4- und andere Kraftmaschinentypen anwendbar. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.It should be understood that the configurations and routines disclosed herein are exemplary, and that these specific embodiments are not to be construed in a limiting sense as numerous variations are possible. The above technology is applicable to, for example, V6, I4, I6, I3, V12, Boxer 4, and other engine types. The subject matter of the present disclosure includes all novel and non-obvious combinations and subcombinations of the various systems and configurations and other features, functions, and / or properties disclosed herein.

Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden, besonders hervor. Diese Ansprüche beziehen sich möglicherweise auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder das Äquivalent davon. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer dieser Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehr von diesen Elementen weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder anders in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche ist, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.The following claims particularly highlight certain combinations and sub-combinations that are believed to be novel and not obvious. These claims relate possibly to "an" element or "first" element or its equivalent. Such claims are to be understood to include the inclusion of one or more of these elements, neither requiring nor excluding two or more of these elements. Other combinations and sub-combinations of the disclosed features, functions, elements and / or properties may be claimed through amendment of the present claims or through presentation of new claims in this or a related application. Such claims, whether their scope is further, narrower, equal, or different with respect to the original claims, are also considered to be within the scope of the present disclosure.

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Claims (20)

Verfahren für eine Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebs als Antwort auf Laserimpulse, die nach Abprallen von einer Membran in einem Kraftmaschinenkrümmer empfangen werden. Method for an engine, comprising: Adjusting engine operation in response to laser pulses received after rebounding from a diaphragm in an engine manifold. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kraftmaschinenkrümmer ein Einlasskrümmer oder ein Auslasskrümmer ist.The method of claim 1, wherein the engine manifold is an intake manifold or an exhaust manifold. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Membran in den Einlasskrümmer geformt ist.The method of claim 2, wherein the membrane is molded into the intake manifold. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Membran in einen Auslasskanal des Auslasskrümmers geprägt ist.The method of claim 2, wherein the membrane is embossed in an exhaust passage of the exhaust manifold. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Laserimpulse von einem Laser in ein Inneres der Membran emittiert werden und wobei die Laserimpulse an einem Detektor nach Reflexion an dem Inneren der Membran empfangen werden, wobei der Laser und der Detektor jeweils an der Membran montiert sind und wobei die Laserimpulse synchron mit einer Kraftmaschinenzündfrequenz emittiert werden.The method of claim 1, wherein the laser pulses are emitted by a laser into an interior of the membrane and wherein the laser pulses are received at a detector after reflection at the interior of the membrane, the laser and the detector being respectively mounted to the membrane and wherein the Laser pulses are emitted synchronously with an engine ignition frequency. Verfahren nach Anspruch 5, das ferner Folgendes umfasst: Schätzen einer Temperatur der Membran als Antwort auf Infrarotstrahlung, die aus dem Inneren der Membran empfangen wird, wobei die Infrarotstrahlung an einem Infrarotsensor empfangen wird, der mit dem Laser gekoppelt ist und an der Membran montiert ist.The method of claim 5, further comprising estimating a temperature of the membrane in response to infrared radiation received from within the membrane, wherein the infrared radiation is received at an infrared sensor coupled to the laser and mounted to the membrane , Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anpassen ein Schätzen einer Auslenkung der Membran basierend auf den Laserimpulsen, ein Schätzen eines Krümmerdrucks basierend auf der Auslenkung und ein Anpassen des Kraftmaschinenbetriebs als Antwort auf den geschätzten Krümmerdruck umfasst.The method of claim 1, wherein the adjusting comprises estimating a deflection of the diaphragm based on the laser pulses, estimating a manifold pressure based on the displacement, and adjusting the engine operation in response to the estimated manifold pressure. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Schätzen der Ablenkung der Membran basierend auf dem Laserimpuls ein Vergleichen einer Zeitdifferenz zwischen einer Emission eines Laserimpulses durch den Laser und einer Detektion eines reflektierten Laserimpulses durch den Detektor mit einer Zeitschwelle und ein Schätzen der Auslenkung auf der Basis des Vergleichs umfasst.The method of claim 7, wherein estimating the deflection of the membrane based on the laser pulse comprises comparing a time difference between emission of a laser pulse by the laser and detection of a reflected laser pulse by the detector with a time threshold and estimating the deflection based on the comparison includes. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Zeitschwelle auf einer Zeitdifferenz zwischen einer Emission eines Laserimpulses durch den Laser und einer Detektion eines reflektierten Laserimpulses durch den Detektor unter einer Kalibrierungsbedingung, unter der die Membran nicht ausgelenkt ist, basiert.The method of claim 8, wherein the time threshold is based on a time difference between an emission of a laser pulse by the laser and a detection of a reflected laser pulse by the detector under a calibration condition under which the membrane is not deflected. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Anpassen des Kraftmaschinenbetriebs ein Anpassen einer Einlassdrosselöffnung, ein Anpassen eines Ladeniveaus, ein Anpassen eines Kraftstoffdurchflusses, ein Anpassen einer Menge an Abgasrückführung, ein Anpassen einer Zündzeitvorgabe, ein Anpassen eines Spüldurchflusses, ein Anpassen der Umdrehungen pro Minute und/oder ein Anpassen einer Abgaskatalysatortemperatur als Antwort auf den geschätzten Krümmerdruck umfasst.The method of claim 9, wherein adjusting engine operation includes adjusting an intake throttle opening, adjusting a charge level, adjusting a fuel flow, adjusting an amount of exhaust gas recirculation, adjusting an ignition timing, adjusting a purge flow, adjusting the revolutions per minute, and /. or adjusting an exhaust catalyst temperature in response to the estimated manifold pressure. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Krümmerdruck ein Auslassdruck ist und wobei das Verfahren ferner ein Angeben einer Verschlechterung einer Zylinder-Kraftstoffeinspritzvorrichtung basierend auf dem geschätzten Krümmerdruck relativ zu einer Kraftmaschinenzündzeitvorgabe umfasst.The method of claim 7, wherein the manifold pressure is an exhaust pressure and wherein the method further comprises indicating deterioration of a cylinder fuel injection device based on the estimated manifold pressure relative to an engine firing timing. Verfahren für eine Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: Emittieren von Laserimpulsen in Richtung einer Membran, die mit einem Kraftmaschinenkrümmer gekoppelt ist, aus einem Laser, der auf der Membran montiert ist; Empfangen von Laserimpulsen, die aus einem Inneren der Membran gegenüber einem Inneren des Krümmers reflektiert werden, an einem Detektor, der an der Membran montiert ist; Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebs basierend auf einer Dauer, die zwischen dem Emittieren und dem Empfangen verstrichen ist.Method for an engine, comprising: Emitting laser pulses toward a diaphragm coupled to an engine manifold from a laser mounted on the diaphragm; Receiving laser pulses reflected from an interior of the membrane opposite an interior of the manifold to a detector mounted to the membrane; Adjusting an engine operation based on a duration that has elapsed between the emitting and the receiving. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner Folgendes umfasst: Schätzen eines Abstands zu der Membran basierend auf einer Dauer, die zwischen dem Emittieren und dem Empfangen verstrichen ist, Empfangen von Infrarotstrahlung aus dem Inneren der Membran an einem thermischen Sensor, der an der Membran montiert ist, und Schätzen einer Temperatur der Membran basierend auf der empfangenen Infrarotstrahlung.The method of claim 12, further comprising: estimating a distance to the membrane based on a duration that has elapsed between emitting and receiving, receiving infrared radiation from within the membrane at a thermal sensor mounted on the membrane and estimating a temperature of the membrane based on the received infrared radiation. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Anpassen ein Schätzen eines Krümmerdrucks basierend auf dem geschätzten Abstand und ferner basierend auf der geschätzten Temperatur der Membran und ein Anpassen des Kraftmaschinenbetriebs basierend auf dem geschätzten Krümmerdruck umfasst, wobei der geschätzte Krümmerdruck steigt, wenn der geschätzte Abstand der Membran bei einer gegebenen Temperatur steigt. 14. The method of claim 13, wherein the adjusting comprises estimating a manifold pressure based on the estimated distance and further based on the estimated temperature of the diaphragm and adjusting engine operation based on the estimated manifold pressure, wherein the estimated manifold pressure increases as the estimated distance of the diaphragm increases at a given temperature. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Laser, der Detektor und der thermische Sensor jeweils an der Oberseite der Membran montiert sind, wobei die emittierten Laserimpulse von der Oberseite der Membran in das Innere der Membran emittiert werden und die reflektierten Impulse von einer Unterseite der Membran zu dem Detektor an der Oberseite der Membran reflektiert werden und wobei der Abstand zu der Membran einen Abstand von dem Laser zu der Unterseite der Membran umfasst.The method of claim 12 wherein the laser, detector and thermal sensor are each mounted to the top of the membrane, the emitted laser pulses being emitted from the top of the membrane into the interior of the membrane and the reflected pulses from a bottom of the membrane the detector is reflected at the top of the membrane and where the distance to the membrane comprises a distance from the laser to the underside of the membrane. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner Folgendes umfasst: Angeben eines Zylinderfehlzündungsereignisses basierend auf dem geschätzten Krümmerdruck und ferner basierend auf einer Zylinderzündzeitvorgabe.The method of claim 12, further comprising: indicating a cylinder misfire event based on the estimated manifold pressure and further based on a cylinder firing timing. Fahrzeugsystem, das Folgendes umfasst: eine Kraftmaschine, die einen Auslasskrümmer umfasst; eine Membran, die in den Auslasskrümmer gegossen ist, wobei eine Oberseite der Membran mit dem Auslasskrümmer gekoppelt ist und eine Unterseite der Membran in einem Auslasskanal des Auslasskrümmers angeordnet ist; einen Diodenlaser und einen Laserdetektor, die auf der Oberseite der Membran montiert sind; einen thermischen Sensor, der an der Oberseite der Membran zum Erfassen von Infrarotstrahlung innerhalb der Membran montiert ist; und einen Controller, der mit computerlesbaren Befehlen für Folgendes ausgestattet ist: Betreiben des Lasers, um Laserimpulse zu einem Inneren der Membran zu emittieren; Detektieren von Laserimpulsen, die von der Unterseite der Membran reflektiert werden, an dem Detektor; und Schätzen eines Krümmerdrucks basierend auf einer Dauer, die zwischen einem Emittieren eines Laserimpulses und einem Detektieren eines reflektierten Impulses verstreicht; und Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebsparameters basierend auf dem geschätzten Krümmerdruck. A vehicle system comprising: an engine comprising an exhaust manifold; a diaphragm molded into the exhaust manifold, wherein an upper surface of the diaphragm is coupled to the exhaust manifold and an underside of the diaphragm is disposed in an exhaust passage of the exhaust manifold; a diode laser and a laser detector mounted on top of the diaphragm; a thermal sensor mounted at the top of the membrane for detecting infrared radiation within the membrane; and a controller equipped with computer-readable commands for: Operating the laser to emit laser pulses to an interior of the membrane; Detecting laser pulses reflected from the underside of the membrane at the detector; and Estimating a manifold pressure based on a duration that elapses between emitting a laser pulse and detecting a reflected pulse; and Adjusting an engine operating parameter based on the estimated manifold pressure. System nach Anspruch 17, wobei die Kraftmaschine ferner eine Einlassdrossel und einen Turbolader umfasst und wobei das Anpassen ein Erhöhen einer Öffnung der Einlassdrossel und/oder ein Erhöhen einer Ausgabe des Turboladers umfasst, wenn der geschätzte Krümmerdruck unter eine Schwelle fällt. The system of claim 17, wherein the engine further comprises an intake throttle and a turbocharger and wherein the adjusting comprises increasing an opening of the intake throttle and / or increasing an output of the turbocharger when the estimated manifold pressure falls below a threshold. System nach Anspruch 17, wobei die verstrichene Dauer zwischen dem Emittieren des Laserimpulses und dem Detektieren des reflektierten Impulses eine erste Dauer ist, die unter einer Kraftmaschinenlaufbedingung geschätzt wird, und wobei der Controller ferner Befehle für Folgendes umfasst: Vergleichen der ersten Dauer mit einer Schwelle, wobei die Schwelle auf einer zweiten Dauer basiert, die zwischen dem Emittieren des Laserimpulses und dem Detektieren des reflektierten Impulses unter einer Kraftmaschinenkalibrierungsbedingung verstreicht, wobei die Membran unter der Kraftmaschinenkalibrierungsbedingung überhaupt nicht verformt ist. The system of claim 17, wherein the elapsed time between emitting the laser pulse and detecting the reflected pulse is a first duration estimated under an engine running condition, and the controller further comprises instructions for: comparing the first duration to a threshold, wherein the threshold is based on a second duration that elapses between emitting the laser pulse and detecting the reflected pulse under an engine calibration condition, wherein the diaphragm is not deformed at all under the engine calibration condition. System nach Anspruch 19, wobei der Controller ferner Befehle für Folgendes umfasst: Schätzen einer Temperatur der Membran basierend auf einer Ausgabe des thermischen Sensors, wobei der geschätzte Krümmerdruck basierend auf der Ausgabe des thermischen Sensors angepasst wird.The system of claim 19, wherein the controller further comprises instructions for: estimating a temperature of the membrane based on an output of the thermal sensor, wherein the estimated manifold pressure is adjusted based on the output of the thermal sensor.
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